След няколко години на развитие, радиопредавателите постепенно преминават от проста архитектура на IF предаване към квадратурни IF трансмитери и нулеви IF трансмитери. Тези архитектури обаче все още имат ограничения. Най-новият RF предавател за директно преобразуване може да преодолее ограниченията на традиционните предаватели. Тази статия сравнява характеристиките на различните архитектури на предаване в безжичните комуникации. Предавателят за директно преобразуване на RF използва високоефективен цифрово-аналогов преобразувател (ЦАП), който има очевидни предимства пред традиционните технологии. Предавателят за директно преобразуване на RF също има свои собствени предизвикателства, но проправя пътя за реализирането на истинска софтуерна архитектура за радиопредаване.
RF ЦАП, като 14-битов 2.3Gsps MAX5879, е ключовата схема на RF директната архитектура за преобразуване. Този ЦАП може да осигури отлични фалшиви и шумови характеристики в рамките на 1GHz честотна лента. Устройството възприема иновативен дизайн във втората и третата лента на Nyquist, поддържа предаване на сигнал и може да синтезира радиочестотни сигнали с изходна честота до 3GHz. Резултатите от измерванията потвърждават работата на ЦАП.
Традиционна RF архитектура на предавателя
През последните няколко десетилетия традиционната архитектура на предавателя се използва за постигане на суперхетеродинна конструкция, като се използва локален осцилатор (LO) и миксер за генериране на междинна честота (IF). Миксерът обикновено генерира две честоти на изображението (наречени странични ленти) близо до LO и получава полезен сигнал чрез филтриране на една от страничните ленти. Съвременните системи за безжично предаване, особено предавателите на базови станции (BTS), извършват най-вече I и Q квадратурна модулация върху цифрови модулационни сигнали на основната лента.
0 Традиционна RF архитектура на предавателя
През последните няколко десетилетия традиционната архитектура на предавателя се използва за постигане на суперхетеродинна конструкция, като се използва локален осцилатор (LO) и миксер за генериране на междинна честота (IF). Миксерът обикновено генерира две честоти на изображението (наречени странични ленти) близо до LO и получава полезен сигнал чрез филтриране на една от страничните ленти. Съвременните системи за безжично предаване, особено предавателите на базови станции (BTS), извършват най-вече I и Q квадратурна модулация върху цифрови модулационни сигнали на основната лента.
Фигура 1. Архитектура на безжичния предавател.
Квадратурен IF предавател
Комплексният цифров сигнал на основната лента има два пътя в основната лента: I и Q. Предимството на използването на два пътя на сигнала е, че когато се използва аналогов квадратурен модулатор (MOD) за синтезиране на два сложни IF сигнала, една от страничните ленти на IF се елиминира. Въпреки това, поради асиметрията на I и Q каналите, честотата на изображението на модулатора няма да бъде перфектно компенсирана. Тази квадратурна IF архитектура е показана на Фигура 1 (Б). На фигурата се използват цифров квадратурен модулатор и LO с цифрово управляван осцилатор (NCO) за интерполиране на I и Q сигналите на основната лента (коефициент R) и модулирането им до положително предаване на носител IF. След това двойният ЦАП преобразува цифровите носители I и Q IF в аналогови сигнали и ги изпраща към модулатора. За да се увеличи допълнително потискането на безполезни странични ленти, системата използва също лентов филтър (BPF).
Предавател Zero-IF
В предавателя с нулева междинна честота (ZIF), показан на фигура 1 (А), цифровият квадратурен сигнал на основната лента е интерполиран, за да отговори на изискванията за филтриране; след това се изпраща до DAC. Квадратурният аналогов изход на ЦАП също се изпраща към аналоговия квадратурен модулатор в основната лента. Тъй като целият модулиран сигнал се преобразува в RF носител на LO честота, ZIF архитектурата наистина подчертава „очарованието“ на квадратурното смесване. Въпреки това, като се има предвид, че I и Q пътищата не са идеални пътища, като LO изтичане и асиметрия, ще се генерират обратни сигнални изображения (разположени в обхвата на предавания сигнал), което води до грешки в сигнала. В предавател с много носители, сигналът на изображението може да е близо до носителя, причинявайки фалшиво лъчение в обхвата. Безжичните предаватели често използват сложно цифрово предисторция, за да компенсират такива дефекти.
В предавателя за директно преобразуване на RF, показан на фигура 1 (D), в цифровия домейн се използва квадратурен демодулатор и LO се заменя с NCO, така че се получава почти перфектна симетрия в I и Q каналите и има по принцип няма изтичане на LO. Следователно изходът на цифровия модулатор е цифров RF носител, който се изпраща към ултрависокоскоростния ЦАП. Тъй като изходът на ЦАП е дискретен времеви сигнал, се генерира честота на псевдоним на изображението, равна на тактовата честота на ЦАП (CLK). BPF филтрира изхода на ЦАП, избира RF носителя и след това го изпраща към усилвателя с променливо усилване (VGA).
Предавател с висока честота
RF предавателите за директно преобразуване също могат да използват този метод за генериране на цифрови носители с по-висока честота с междинна честота, както е показано на Фигура 1 (В). Тук ЦАП преобразува цифровата междинна честота в аналогов носител на междинна честота. След DAC използвайте характеристиката за избор на честота на лентовия филтър, за да филтрирате честотата на изображението с междинна честота. След това необходимият междинен честотен сигнал се изпраща към миксера, за да генерира две странични ленти, където IF сигналът се смесва с LO, и се филтрира от друг лентов филтър, за да се получи необходимата RF лента.
Очевидно е, че RF директната архитектура за преобразуване изисква минимални активни компоненти. Тъй като FPGA или ASIC с цифров квадратурен модулатор и NCO се използват за заместване на аналоговия квадратурен модулатор и LO, RF директната архитектура за преобразуване на честота избягва грешката на дисбаланса на I и Q канали и LO изтичане. Освен това, тъй като честотата на дискретизация на ЦАП е много висока, е по-лесно да се синтезират широколентови сигнали, като същевременно се гарантира, че изискванията за филтриране са изпълнени.
Високопроизводителният ЦАП е ключов компонент за RF директната архитектура за преобразуване, за да замести традиционния безжичен предавател. ЦАП трябва да генерира радиочестотен носител до 2GHz или по-висок, а динамичната производителност трябва да достигне производителността на основната лента или междинната честота, предоставена от други архитектури. MAX5879 е толкова високопроизводителен ЦАП.
Използване на MAX5879 DAC за реализиране на предавател за директно преобразуване на RF
MAX5879 е 14-битов RF ЦАП с 2.3Gsps с изходна честотна лента по-голяма от 2GHz, свръхниско ниво на шум и ниска паразитна производителност и е предназначен за радиопредаватели с директно преобразуване. Неговата честотна характеристика (Фигура 2) може да се настрои чрез промяна на импулсната им характеристика, а режимът на връщане към нула (NRZ) се използва за първия изход на лентата Nyquist. RF режимът се фокусира върху изходната мощност на втората и третата лента на Найквист. Режимът връщане към нулата (RZ) осигурява плосък отговор в множество ленти на Найквист, но по-ниска изходна мощност. Уникалната характеристика на MAX5879 е режимът RFZ. Режимът RFZ е режим на радиочестота "нулево запълване", така че входната честота на дискретизация на ЦАП е половината от другите режими. Този режим е много полезен за синтезиране на сигнали с по-ниска честотна лента и може да извежда високочестотни сигнали в високия порядък на Nyquist. Така че ЦАП MAX5879 може да се използва за синтезиране на модулирани носители, които надвишават неговата честота на дискретизация, ограничена само от честотната лента на аналоговия изход 2 + GHz.
Фигура 2. Избираеми характеристики на честотната характеристика на ЦАП MAX5879. Тестът за изпълнение на MAX5879 показва, че интермодулационното изкривяване на GSM сигнала с 4 носещи е по-голямо от 74dB при 940MHz (Фигура 3); при 2.1GHz, съотношението на мощността на изтичане на съседен канал (ACLR) на WCDMA сигнала с 4 носещи е 67dB (Фигура 4); при 2.6GHz, ACLR на LTE с 2 носители е 65dB (Фигура 5). ЦАП с тази производителност може да поддържа директен цифров синтез на различни цифрови модулационни сигнали в честотната лента с много никуист и може да се използва като общ хардуер за многостандартни, многолентови безжични предаватели на базови станции.
Фигура 3. MAX5879 4-носител GSM тест за производителност, 940MHz и 2.3Gsps (първа лента на Nyquist).
Фигура 4. MAX5879 4-носител WCDMA тест за ефективност, 2140MHz и 2.3Gsps (втора лента на Найквист).
Фигура 5. MAX5879 LTE тест с 2 носителя, 2650MHz и 2.3Gsps (трета лента на Nyquist).
Приложение за радиопредавател с директно преобразуване
ЦАП MAX5879 може също да предава едновременно множество носители в лентата на Найквист. Понастоящем тази функция се използва в връзката за предаване надолу към кабелната телевизия за изпращане на множество QAM модулирани сигнали в честотната лента от 50MHz до 1000MHz. За това приложение плътността на носителя, поддържана от RF предавателя за директно преобразуване, е 20-30 пъти по-голяма от тази на други архитектури на предаване. Освен това, тъй като един широколентов RF предавател за директно преобразуване замества множество безжични предаватели, консумацията на енергия и площта на предния край на кабелната телевизия значително намаляват.
Предавателите за директно преобразуване на RF, базирани на MAX5879, могат да се използват за широколентови и високочестотни изходни приложения. Например, с нарастващата популярност на смарт телефони и таблетни компютри, безжичните базови станции ще изискват по-широка честотна лента. Няма съмнение, че настоящите предаватели, които поддържат такива устройства, постепенно ще бъдат заменени от предаватели за директно преобразуване на RF, базирани на високопроизводителни RF ЦАП (като MAX5879).
да обобщим
Предавателят, базиран на RF DAC, има честотна лента на предаване далеч извън традиционната архитектура без загуба на динамична производителност. Той може да бъде реализиран с помощта на FPGA или ASIC, като елиминира необходимостта от аналогови квадратурни модулатори и LO синтезатори, като по този начин подобрява надеждността на безжичните предаватели Sex. Тази схема също така значително намалява броя на компонентите и в повечето случаи също намалява консумацията на енергия в системата.
Нашата друг продукт:
