После нескольких лет разработки радиопередатчики постепенно перешли от простой архитектуры передачи ПЧ к квадратурным передатчикам ПЧ и передатчикам с нулевой ПЧ. Однако у этих архитектур все еще есть ограничения. Новейший радиопередатчик с прямым преобразованием частоты может преодолеть ограничения традиционных передатчиков. В этой статье сравниваются характеристики различных архитектур передачи в беспроводной связи. В передатчике с прямым РЧ преобразованием используется высокопроизводительный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который имеет очевидные преимущества перед традиционными технологиями. Передатчик прямого преобразования RF также имеет свои проблемы, но он открывает путь для реализации настоящей программной архитектуры радиопередачи.
РЧ-ЦАП, такой как 14-битный 2.3Gsps MAX5879, является ключевой схемой архитектуры прямого РЧ-преобразования. Этот ЦАП может обеспечить отличные характеристики паразитных помех и шума в полосе пропускания 1 ГГц. Устройство имеет новаторский дизайн во втором и третьем диапазонах Найквиста, поддерживает передачу сигналов и может синтезировать радиочастотные сигналы с выходной частотой до 3 ГГц. Результаты измерений подтверждают работоспособность ЦАП.
Традиционная архитектура передатчика RF
За последние несколько десятилетий для создания супергетеродинной конструкции использовалась традиционная архитектура передатчика с использованием гетеродина (LO) и смесителя для генерации промежуточной частоты (IF). Смеситель обычно генерирует две частоты изображения (называемые боковыми полосами) около гетеродина и получает полезный сигнал, отфильтровывая одну из боковых полос. Современные системы беспроводной передачи, особенно передатчики базовых станций (BTS), в основном выполняют квадратурную модуляцию I и Q для сигналов цифровой модуляции основной полосы частот.
0 Традиционная архитектура передатчика RF
За последние несколько десятилетий для создания супергетеродинной конструкции использовалась традиционная архитектура передатчика с использованием гетеродина (LO) и смесителя для генерации промежуточной частоты (IF). Смеситель обычно генерирует две частоты изображения (называемые боковыми полосами) около гетеродина и получает полезный сигнал, отфильтровывая одну из боковых полос. Современные системы беспроводной передачи, особенно передатчики базовых станций (BTS), в основном выполняют квадратурную модуляцию I и Q для сигналов цифровой модуляции основной полосы частот.
Рисунок 1. Архитектура беспроводного передатчика.
Квадратурный передатчик ПЧ
Комплексный цифровой сигнал основной полосы частот имеет два тракта в основной полосе частот: I и Q. Преимущество использования двух путей сигнала состоит в том, что при использовании аналогового квадратурного модулятора (MOD) для синтеза двух сложных сигналов ПЧ одна из боковых полос ПЧ устраняется. Однако из-за асимметрии каналов I и Q частота изображения модулятора не будет полностью смещена. Эта квадратурная архитектура ПЧ показана на рисунке 1 (B). На рисунке цифровой квадратурный модулятор и гетеродин с числовым управлением (NCO) используются для интерполяции сигналов основной полосы частот I и Q (коэффициент R) и их модуляции для получения положительной несущей передачи ПЧ. Затем двойной ЦАП преобразует цифровые несущие I и Q IF в аналоговые сигналы и отправляет их на модулятор. Чтобы еще больше усилить подавление бесполезных боковых полос, в системе также используется полосовой фильтр (BPF).
Передатчик с нулевой ПЧ
В передатчике с нулевой промежуточной частотой (ZIF), показанном на рисунке 1 (A), цифровой квадратурный сигнал основной полосы частот интерполируется для удовлетворения требований фильтрации; затем он отправляется в ЦАП. Квадратурный аналоговый выход ЦАП также отправляется на аналоговый квадратурный модулятор в основной полосе частот. Поскольку весь модулированный сигнал преобразуется в РЧ несущую на частоте гетеродина, архитектура ZIF действительно подчеркивает "очарование" квадратурного микширования. Однако, учитывая, что тракты I и Q не являются идеальными путями, такими как утечка гетеродина и асимметрия, будут генерироваться изображения инвертированного сигнала (расположенные в пределах диапазона передаваемого сигнала), что приведет к ошибкам сигнала. В передатчике с несколькими несущими сигнал изображения может быть близок к несущей, вызывая внутриполосное побочное излучение. Беспроводные передатчики часто используют сложные цифровые предыскажения для компенсации таких дефектов.
В передатчике прямого преобразования ВЧ, показанном на рисунке 1 (D), квадратурный демодулятор используется в цифровой области, а гетеродин заменен на NCO, так что почти идеальная симметрия достигается в каналах I и Q, а также в основном нет утечки гетеродина. Следовательно, выходной сигнал цифрового модулятора представляет собой цифровую радиочастотную несущую, которая отправляется на сверхбыстрый ЦАП. Поскольку выходной сигнал ЦАП представляет собой дискретный сигнал времени, генерируется частота изображения с наложением, равная тактовой частоте ЦАП (CLK). BPF фильтрует выходной сигнал ЦАП, выбирает РЧ несущую, а затем отправляет ее на усилитель с регулируемым усилением (VGA).
Передатчик с высокой ПЧ
Радиочастотные передатчики с прямым преобразованием также могут использовать этот метод для генерации цифровых несущих с более высокими промежуточными частотами, как показано на рисунке 1 (C). Здесь ЦАП преобразует цифровую промежуточную частоту в аналоговую несущую промежуточной частоты. После DAC используйте характеристику выбора частоты полосового фильтра для фильтрации промежуточной частоты изображения. Затем требуемый сигнал промежуточной частоты отправляется в смеситель для генерации двух боковых полос, где сигнал ПЧ смешивается с гетеродином и фильтруется другим полосовым фильтром для получения требуемой боковой полосы RF.
Очевидно, что архитектура прямого РЧ-преобразования требует минимального количества активных компонентов. Поскольку FPGA или ASIC с цифровым квадратурным модулятором и NCO используются для замены аналогового квадратурного модулятора и гетеродина, архитектура прямого радиочастотного преобразования позволяет избежать ошибки дисбаланса каналов I и Q и утечки гетеродина. Кроме того, поскольку частота дискретизации ЦАП очень высока, легче синтезировать широкополосные сигналы, обеспечивая при этом выполнение требований фильтрации.
Высокопроизводительный ЦАП - ключевой компонент архитектуры прямого радиочастотного преобразования, заменяющий традиционный беспроводной передатчик. ЦАП должен генерировать несущую радиочастоты до 2 ГГц или выше, а динамические характеристики должны достигать производительности основной полосы или промежуточной частоты, обеспечиваемой другими архитектурами. MAX5879 - такой высокопроизводительный ЦАП.
Использование ЦАП MAX5879 для реализации передатчика прямого преобразования RF
MAX5879 - это 14-битный РЧ ЦАП со скоростью 2.3 Гбит / с с выходной полосой пропускания более 2 ГГц, сверхмалым шумом и низким уровнем паразитных составляющих, разработанный для передатчиков с прямым РЧ преобразованием. Его частотная характеристика (рис. 2) может быть установлена путем изменения его импульсной характеристики, а режим без возврата к нулю (NRZ) используется для выхода первого диапазона Найквиста. Режим RF фокусируется на выходной мощности второго и третьего диапазонов Найквиста. Режим возврата к нулю (RZ) обеспечивает ровный отклик в нескольких диапазонах Найквиста, но более низкую выходную мощность. Уникальной особенностью MAX5879 является режим RFZ. Режим RFZ - это радиочастотный режим с нулевым заполнением, поэтому частота дискретизации входного ЦАП составляет половину от других режимов. Этот режим очень полезен для синтеза сигналов с более узкой полосой пропускания и может выводить высокочастотные сигналы в полосе Найквиста высокого порядка. Таким образом, ЦАП MAX5879 можно использовать для синтеза модулированных несущих, частота дискретизации которых превышает его частоту дискретизации, ограниченную только полосой пропускания аналогового выхода 2+ ГГц.
Рисунок 2. Выбираемые частотные характеристики ЦАП MAX5879. Тест производительности MAX5879 показывает, что интермодуляционные искажения сигнала GSM с четырьмя несущими больше 4 дБ на частоте 74 МГц (рисунок 940); на частоте 3 ГГц коэффициент мощности утечки по соседнему каналу (ACLR) сигнала WCDMA с 2.1 несущими составляет 4 дБ (рисунок 67); на частоте 4 ГГц ACLR для LTE с двумя несущими составляет 2.6 дБ (рисунок 2). ЦАП с такой производительностью может поддерживать прямой цифровой синтез различных сигналов цифровой модуляции в полосе частот мульти-Найквиста и может использоваться как обычное оборудование для многостандартных, многополосных беспроводных передатчиков базовых станций.
Рисунок 3. Тест производительности MAX5879 с 4 несущими GSM, 940 МГц и 2.3 Гбит / с (первый диапазон Найквиста).
Рисунок 4. Тест производительности MAX5879 с 4 несущими WCDMA, 2140 МГц и 2.3 Гбит / с (второй диапазон Найквиста).
Рисунок 5. Тест производительности MAX5879 LTE с двумя несущими, 2 МГц и 2650 Гбит / с (третья полоса Найквиста).
Применение передатчика прямого преобразования RF
ЦАП MAX5879 также может передавать одновременно несколько несущих в диапазоне Найквиста. Эта функция в настоящее время используется в нисходящем канале передачи кабельного телевидения для отправки нескольких модулированных сигналов QAM в диапазоне частот от 50 до 1000 МГц. Для этого приложения плотность несущей, поддерживаемая передатчиком прямого преобразования RF, в 20-30 раз больше, чем у других архитектур передачи. Кроме того, поскольку один широкополосный передатчик прямого преобразования RF заменяет несколько беспроводных передатчиков, потребление энергии и площадь входного каскада кабельного телевидения значительно сокращаются.
Радиочастотные передатчики с прямым преобразованием на базе MAX5879 могут использоваться для широкополосных и высокочастотных выходных приложений. Например, с ростом популярности смартфонов и планшетных компьютеров беспроводным базовым станциям потребуется более широкий диапазон частот. Нет сомнений в том, что современные передатчики, поддерживающие такие устройства, будут постепенно заменяться передатчиками с прямым преобразованием RF на основе высокопроизводительных ЦАП RF (таких как MAX5879).
подводить итоги
Передатчик на основе РЧ-ЦАП имеет пропускную способность, намного превосходящую традиционную архитектуру, без потери динамических характеристик. Он может быть реализован с использованием FPGA или ASIC, что устраняет необходимость в аналоговых квадратурных модуляторах и синтезаторах гетеродина, тем самым повышая надежность беспроводных передатчиков Sex. Эта схема также значительно уменьшает количество компонентов и в большинстве случаев также снижает энергопотребление системы.
Наш другой продукт:
