Po kilku latach rozwoju nadajniki radiowe stopniowo przechodziły od prostej architektury transmisji IF do kwadraturowych nadajników IF i zerowych nadajników IF. Jednak te architektury nadal mają ograniczenia. Najnowszy nadajnik RF z bezpośrednią konwersją może pokonać ograniczenia tradycyjnych nadajników. W tym artykule porównano cechy różnych architektur transmisji w komunikacji bezprzewodowej. Nadajnik RF z bezpośrednią konwersją wykorzystuje wysokowydajny przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC), który ma oczywiste zalety w stosunku do tradycyjnych technologii. Nadajnik RF z bezpośrednią konwersją również ma swoje własne wyzwania, ale toruje drogę do realizacji prawdziwej programowej architektury transmisji radiowej.
RF DAC, taki jak 14-bitowy 2.3Gsps MAX5879, jest kluczowym obwodem architektury bezpośredniej konwersji RF. Ten przetwornik cyfrowo-analogowy może zapewnić doskonałą wydajność fałszywych i szumowych w paśmie 1GHz. Urządzenie przyjmuje nowatorską konstrukcję w drugim i trzecim paśmie Nyquist, obsługuje transmisję sygnału i może syntetyzować sygnały o częstotliwości radiowej o częstotliwości wyjściowej do 3GHz. Wyniki pomiarów weryfikują działanie przetwornika DAC.
Tradycyjna architektura nadajnika RF
W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci tradycyjna architektura nadajnika została wykorzystana do osiągnięcia projektu superheterodyny, wykorzystując lokalny oscylator (LO) i mikser do generowania częstotliwości pośredniej (IF). Mikser zwykle generuje dwie częstotliwości obrazu (zwane wstęgami bocznymi) w pobliżu LO i uzyskuje użyteczny sygnał przez odfiltrowanie jednego z pasm bocznych. Nowoczesne systemy transmisji bezprzewodowej, zwłaszcza nadajniki stacji bazowych (BTS), w większości wykonują modulację kwadraturową I i Q na sygnałach modulacji cyfrowej pasma podstawowego.
0 Tradycyjna architektura nadajnika RF
W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci tradycyjna architektura nadajnika została wykorzystana do osiągnięcia projektu superheterodyny, wykorzystując lokalny oscylator (LO) i mikser do generowania częstotliwości pośredniej (IF). Mikser zwykle generuje dwie częstotliwości obrazu (zwane wstęgami bocznymi) w pobliżu LO i uzyskuje użyteczny sygnał przez odfiltrowanie jednego z pasm bocznych. Nowoczesne systemy transmisji bezprzewodowej, zwłaszcza nadajniki stacji bazowych (BTS), w większości wykonują modulację kwadraturową I i Q na sygnałach modulacji cyfrowej pasma podstawowego.
Rysunek 1. Architektura nadajnika bezprzewodowego.
Nadajnik kwadraturowy IF
Złożony sygnał cyfrowy w paśmie podstawowym ma dwie ścieżki w paśmie podstawowym: I i Q. Zaletą stosowania dwóch ścieżek sygnałowych jest to, że przy użyciu analogowego modulatora kwadraturowego (MOD) do syntezy dwóch zespolonych sygnałów IF, jedno z pasm bocznych IF jest eliminowane. Jednak ze względu na asymetrię kanałów I i Q częstotliwość obrazu modulatora nie będzie idealnie przesunięta. Ta kwadraturowa architektura IF jest pokazana na rysunku 1 (B). Na figurze, cyfrowy modulator kwadraturowy i oscylator sterowany numerycznie LO (NCO) są używane do interpolacji sygnałów pasma podstawowego I i Q (współczynnik R) i modulowania ich do dodatniej nośnej Hand over IF. Następnie podwójny DAC konwertuje cyfrowe nośne I i Q IF na sygnały analogowe i wysyła je do modulatora. Aby jeszcze bardziej zwiększyć tłumienie bezużytecznych wstęg bocznych, system wykorzystuje również filtr pasmowy (BPF).
Nadajnik Zero-IF
W nadajniku o zerowej częstotliwości pośredniej (ZIF) pokazanym na fig. 1 (A), cyfrowy sygnał kwadraturowy pasma podstawowego jest interpolowany w celu spełnienia wymagań dotyczących filtrowania; następnie jest wysyłany do DAC. Kwadraturowe wyjście analogowe przetwornika cyfrowo-analogowego jest również wysyłane do analogowego modulatora kwadraturowego w paśmie podstawowym. Ponieważ cały modulowany sygnał jest konwertowany na nośną RF przy częstotliwości LO, architektura ZIF naprawdę podkreśla „urok” miksowania kwadraturowego. Biorąc jednak pod uwagę, że ścieżki I i Q nie są ścieżkami idealnymi, takimi jak wyciek LO i asymetria, zostaną wygenerowane odwrócone obrazy sygnału (zlokalizowane w zakresie transmitowanego sygnału), co spowoduje błędy sygnału. W nadajniku z wieloma nośnymi sygnał obrazu może znajdować się blisko nośnej, powodując fałszywe promieniowanie w paśmie. Nadajniki bezprzewodowe często wykorzystują złożoną cyfrową redukcję zniekształceń, aby skompensować takie wady.
W nadajniku z bezpośrednią konwersją RF pokazanym na rysunku 1 (D) w domenie cyfrowej stosowany jest demodulator kwadraturowy, a LO jest zastępowane przez NCO, dzięki czemu uzyskuje się prawie idealną symetrię w kanałach I i Q, i jest w zasadzie nie ma wycieku LO. Dlatego wyjściem modulatora cyfrowego jest cyfrowy nośnik RF, który jest wysyłany do ultraszybkiego przetwornika cyfrowo-analogowego. Ponieważ wyjście DAC jest dyskretnym sygnałem czasu, generowana jest aliasowana częstotliwość obrazu równa częstotliwości zegara przetwornika DAC (CLK). BPF filtruje wyjście DAC, wybiera nośną RF, a następnie wysyła go do wzmacniacza o zmiennym wzmocnieniu (VGA).
Nadajnik wysokiej częstotliwości
Nadajniki z bezpośrednią konwersją RF mogą również wykorzystywać tę metodę do generowania cyfrowych nośnych o wyższej częstotliwości pośredniej, jak pokazano na rysunku 1 (C). Tutaj przetwornik cyfrowo-analogowy przekształca cyfrową częstotliwość pośrednią na analogową nośną częstotliwości pośredniej. Za przetwornikiem cyfrowo-analogowym użyj charakterystyki wyboru częstotliwości filtra pasmowego, aby odfiltrować częstotliwość obrazu częstotliwości pośredniej. Następnie wymagany sygnał o częstotliwości pośredniej jest wysyłany do miksera w celu wygenerowania dwóch pasm bocznych, w których sygnał IF jest mieszany z LO i filtrowany przez inny filtr pasmowoprzepustowy w celu uzyskania wymaganego pasma bocznego RF.
Oczywiście architektura bezpośredniej konwersji RF wymaga minimalnej liczby aktywnych komponentów. Ponieważ FPGA lub ASIC z cyfrowym modulatorem kwadraturowym i NCO są używane do zastąpienia analogowego modulatora kwadraturowego i LO, architektura bezpośredniej konwersji częstotliwości RF pozwala uniknąć błędu asymetrii kanałów I i Q oraz wycieku LO. Ponadto, ponieważ częstotliwość próbkowania przetwornika cyfrowo-analogowego jest bardzo wysoka, łatwiej jest syntetyzować sygnały szerokopasmowe, zapewniając jednocześnie spełnienie wymagań dotyczących filtrowania.
Wysokowydajny przetwornik cyfrowo-analogowy jest kluczowym elementem architektury bezpośredniej konwersji RF, która zastępuje tradycyjny nadajnik bezprzewodowy. Przetwornik cyfrowo-analogowy musi generować nośną częstotliwości radiowej do 2 GHz lub więcej, a wydajność dynamiczna musi osiągnąć pasmo podstawowe lub częstotliwość pośrednią zapewnianą przez inne architektury. MAX5879 to przetwornik cyfrowo-analogowy o tak wysokiej wydajności.
Wykorzystanie przetwornika cyfrowo-analogowego MAX5879 do realizacji nadajnika bezpośredniej konwersji RF
MAX5879 to 14-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy 2.3Gsps RF o szerokości pasma wyjściowego większej niż 2 GHz, ultra niskim poziomie szumów i niskiej fałszywej wydajności, przeznaczony do nadajników z bezpośrednią konwersją RF. Jego charakterystykę częstotliwościową (rys. 2) można ustawić, zmieniając odpowiedź impulsową, a tryb bez powrotu do zera (NRZ) jest używany dla pierwszego wyjścia pasma Nyquista. Tryb RF skupia się na mocy wyjściowej drugiego i trzeciego pasma Nyquista. Tryb powrotu do zera (RZ) zapewnia płaską odpowiedź w wielu pasmach Nyquista, ale niższą moc wyjściową. Unikalną cechą MAX5879 jest tryb RFZ. Tryb RFZ jest trybem częstotliwości radiowej "wypełnienia zerowego", więc częstotliwość próbkowania wejścia DAC jest o połowę mniejsza niż w innych trybach. Ten tryb jest bardzo przydatny do syntezy sygnałów o niższej szerokości pasma i może wysyłać sygnały o wysokiej częstotliwości w paśmie Nyquista wyższego rzędu. Tak więc MAX5879 DAC może być używany do syntezy modulowanych nośnych, które przekraczają jego częstotliwość próbkowania, ograniczoną tylko przez pasmo wyjścia analogowego 2 + GHz.
Rysunek 2. Możliwość wyboru charakterystyki częstotliwościowej przetwornika cyfrowo-analogowego MAX5879. Test wydajności MAX5879 pokazuje, że zniekształcenie intermodulacyjne 4-nośnego sygnału GSM jest większe niż 74 dB przy 940 MHz (fig. 3); przy 2.1 GHz, współczynnik mocy upływu sąsiedniego kanału (ACLR) 4-nośnej sygnału WCDMA wynosi 67 dB (Figura 4); przy 2.6 GHz, ACLR LTE z dwoma nośnymi wynosi 2 dB (Rysunek 65). Przetwornik cyfrowo-analogowy o tej wydajności może obsługiwać bezpośrednią cyfrową syntezę różnych cyfrowych sygnałów modulacji w paśmie częstotliwości multi-Nyquist i może być używany jako wspólny sprzęt dla wielostandardowych, wielopasmowych bezprzewodowych nadajników stacji bazowych.
Rysunek 3. Test wydajności GSM MAX5879 z 4 nośnymi, 940 MHz i 2.3 Gsps (pierwsze pasmo Nyquista).
Rysunek 4. Test wydajności MAX5879 WCDMA z 4 nośnymi, 2140 MHz i 2.3 Gsps (drugie pasmo Nyquista).
Rysunek 5. Test wydajności LTE MAX5879 z 2 nośnymi, 2650 MHz i 2.3 Gsps (trzecie pasmo Nyquista).
Zastosowanie nadajnika z bezpośrednią konwersją RF
MAX5879 DAC może również przesyłać jednocześnie wiele nośnych w paśmie Nyquist. Ta funkcja jest obecnie używana w łączu nadawczym telewizji kablowej do wysyłania wielu modulowanych sygnałów QAM w paśmie częstotliwości od 50 MHz do 1000 MHz. W tym zastosowaniu gęstość nośna obsługiwana przez nadajnik z bezpośrednią konwersją RF jest 20-30 razy większa niż w przypadku innych architektur transmisji. Ponadto, ponieważ pojedynczy szerokopasmowy nadajnik RF z bezpośrednią konwersją zastępuje wiele nadajników bezprzewodowych, zużycie energii i powierzchnia przedniej części telewizji kablowej są znacznie zmniejszone.
Nadajniki RF z bezpośrednią konwersją oparte na MAX5879 mogą być używane w aplikacjach szerokopasmowych i wyjściowych o wysokiej częstotliwości. Na przykład wraz ze wzrostem popularności smartfonów i tabletów bezprzewodowe stacje bazowe będą wymagały szerszego pasma częstotliwości. Nie ma wątpliwości, że obecne nadajniki obsługujące takie urządzenia będą stopniowo zastępowane przez nadajniki z bezpośrednią konwersją RF, oparte na wysokowydajnych przetwornikach cyfrowo-analogowych RF (takich jak MAX5879).
podsumować
Nadajnik na bazie RF DAC ma szerokość pasma transmisji znacznie przekraczającą tradycyjną architekturę bez utraty dynamicznej wydajności. Można go zaimplementować za pomocą FPGA lub ASIC, eliminując potrzebę stosowania analogowych modulatorów kwadraturowych i syntezatorów LO, poprawiając tym samym niezawodność bezprzewodowych nadajników Sex. Ten schemat również znacznie zmniejsza liczbę komponentów, aw większości przypadków również zmniejsza zużycie energii przez system.
Nasze inne produkty:
