Framtidens Radio för Sakernas Internet. ARM Sweden AB Lund Sverige Dr. Tobias Tired

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Framtidens Radio för Sakernas Internet. ARM Sweden AB Lund Sverige Dr. Tobias Tired"

Anita Hansson
för 6 år sedan
Visningar:

1 Framtidens Radio för Sakernas Internet ARM Sweden AB Lund Sverige Dr. Tobias Tired

2 Översikt Projektets syfte och mål Bakgrund Genomförande Resultat - Mottagare - Sändare - Effektförstärkare Framtida planer Slutsatser

Projektets syfte och mål Utvärdering av radioarkitekturer för extremt effektsnåla transceivrar för Narrow- Band Internet of Things (NB-IoT)- standarden System on

3 Projektets syfte och mål Utvärdering av radioarkitekturer för extremt effektsnåla transceivrar för Narrow- Band Internet of Things (NB-IoT)- standarden System on Chip (SoC)-krets Radio som klarar störningar on-chip Planera för integrerad effektförstärkare (PA) med hög verkningsgrad Minimering av kiselytan och kapselstorleken

4 Bakgrund NB-IoT användarfall Mycket stor marknadspotential!

5 Bakgrund Vad är NB-IoT? Tre sätt att installera ett NB-IoT system med BW = 180 khz Fristående utplacering i ett existerande GSM system Guard band installation med användande av outnyttjade resursblock i LTE RX: OFDMA TX: SCFDMA Samma som i LTE In-band installation som använder resursblock inom en LTE carrier

6 Bakgrund NB-IoT NB-IoT: Licensierat spektrum Quality of Service (QoS)

7 Bakgrund NB-IoT mot konkurrenter NB-IoT: Ingen gateway behövs Använder cellulär infrastruktur NB-IoT

8 Genomförande ARM Cordio-N Narrow Band IoT arkitektur Mistbase VINNOVA radioförstudie By Mistbase AB in Lund Mistbase AB acquired by ARM in Feb Layer 2 and 3 SW from NextG-Com in UK NextG-Com acquired by ARM in Feb. 2017

9 Genomförande NB-IoT radio ASIC - mål SAW P DC Arkitektur för min. kiselyta Lågkostnads CMOS RX: MHz TX: MHz On-chip PA Batteridrivna applikationer Min. P DC Högvolymprodukt Minimera tot. kostnaden Maximera marknaden Multiband support Hög integrationsgrad Min. antal externa komponenter

10 Genomförande Effektförbrukning NB-IoT radion SX? RX? Mottagare: RX Kanal-synthesizer: SX Sändare: TX On-chip effektförstärkare: PA Power classes: +20 dbm and +23 dbm TX? PA? PAE = (P out P in ) /P DC PAE = 60 % and P out = +20 dbm 240 mw in PA!

11 Resultat NB-IoT radioarkitektur

12 Resultat Mottagararkitektur alt.1: Zero IF mottagare 1/f brus DC offset Mindre utmaning jfr. sändaren

13 Resultat Mottagararkitektur alt.2: Low IF mottagare Undvik 1/f brus Undvik DC offset Mer komplex ADC samplingsfrekvens

14 Resultat-PA linearisering i upplänken Singelton: /4 QPSK /4 rotation av const. diag mellan varje symbol Amplitudinformation i TX signalen PA:t måste kunna återge TX-signalens envelopp Multiton QPSK:1,3,6 eller 12 toner Linjärt PA i klass A/AB Digital predistortion (DPD) Envelope tracking (ET) Envelope elimination and restoration (EER)

15 Resultat-NB-IoT upplänk forts. Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) QPSK singelton Saturerat PA QPSK singelton PA i linjära området TX modulation: Singelton /4 QPSK eller multiton QPSK Peak to Average Power Ratio (PAPR) PAPR =3 db (singelton) PAPR 6 db (multiton) Ej lämpligt med saturerat PA (klass A/AB) eller endast switchande (klass D/E) PA utan amplitudmodulering El-Khatib, Ziad, MacEachern, Leonard, Mahmoud, Samy A, Distributed CMOS Bidirectional Amplifiers Broadbanding and Linearization Techniques, Chapter 2 Modulation Schemes Effect on RF Power Amplifier Nonlinearity and RFPA Linearization Techniques, ISBN , Springer, 2012 Digital Communication Theory, html ACPR

16 Resultat Kartesiskt PA utan envelopp tracking VCC Enkel väl beprövad arkitektur. Konstant VCC för PA:t Enpunkts-modulation: ingen missmatch mellan amplitud- och fasinformationen PA:t arbetar i sitt linjära område (klass A/AB) Låg PAE för låga P out Verkningsgrad PAE = (P out - P in ) /P DC

Resultat Digital fördistortion (DPD) Olinjäriteter i PA komplex förstärkning som ger AM till AM och AM till PM distortion Predistorter: Inversen för PA:ts komplexa

17 Resultat Digital fördistortion (DPD) Olinjäriteter i PA komplex förstärkning som ger AM till AM och AM till PM distortion Predistorter: Inversen för PA:ts komplexa förstärkning Fördelar: - Flexibilitet genom att ändra algoritm koefficienter - prestanda Nackdelar: - Komplex lösning - Bandbreddsexpansion: högre f klock för DAC och ADC

18 Resultat Linjärt PA med envelopp tracking (ET) Låg P out Lägre VCC RF in PA: t arbetar nära sin kompressionspunkt (OCP 1dB ) för alla P out Bibehållen PAE Efficiency for ET system

19 Resultat Olinjärt PA med polär basbandssignal och matningsmodulation (EER) Omvandling till polär signal digitalt i basbandet Olinjärt switchande PA med hög PAE. Insignal till PA:t: endast fasinformation Amplitudmodulering genom VDD Examensarbete LTH VT 2017

NB-IoT radio IC Framtida planer för ARM Sweden AB Nytt RF IC design center

Söker RF IC konstruktörer med erfarenhet av utveckling av CMOS transceivrar

Ny ansökan inskickad till VINNOVAS Smarta elektroniksystem - ARM Sweden AB -

20 NB-IoT radio IC Framtida planer för ARM Sweden AB Nytt RF IC design center startat i Lund. Rekrytering pågår för ett signifikant antal personer. Söker RF IC konstruktörer med erfarenhet av utveckling av CMOS transceivrar och PA:n! Ny ansökan inskickad till VINNOVAS Smarta elektroniksystem - ARM Sweden AB - Lunds universitet - dbm RF Research AB Narrow Band Internet of Things (NB-IoT) sändare med integrerad effektförstärkare med hög verkningsgrad i CMOS teknologi

21 Sammanfattning Framtidens Radio för Sakernas Internet Projektsammanfattning-utfall - Förslag till energieffektiv radioarkitektur, särskilt lämplig för NB-IoT har tagits fram - Samarbete med Lunds Universitet har initierats - Samarbete har inletts med dbm RF Research AB i Linköping för PA design - Ett examensarbete har startats för ett polärt PA Mål för projektet-uppfyllelse - 3GPP specifikationen för NB-IoT har granskats - Arkitekturer har definierats som är optimala för specifikationen - Lämplig tillverkningsteknologi har definierats (40 nm CMOS) Resultat och förväntade effekter-utfall - Mistbase AB uppköpt av ARM i feb Positiv feedback från ARM på vår radioarkitektur!

Relevanta dokument

Elektronik Dataomvandlare

Elektronik Dataomvandlare Elektronik Översikt Analoga och digitala signaler Dataomvandlare Pietro Andreani Institutionen för elektro- och informationsteknik Lunds universitet Nyquistteorem Kvantiseringsfel i analog-till-digital