Pärast mitmeaastast arengut on raadiosaatjaid järk-järgult üle läinud lihtsast IF-edastuse arhitektuurist kvadratuuriga IF-saatjateks ja null-IF-saatjateks. Kuid neil arhitektuuridel on endiselt piiranguid. Uusim raadiosagedusliku otsese muundamise saatja suudab ületada traditsiooniliste saatjate piirangud. Selles artiklis võrreldakse traadita side eri edastusarhitektuuride omadusi. Raadiosagedusliku otsekonversiooni saatja kasutab suure jõudlusega digitaal-analoog muundurit (DAC), millel on traditsiooniliste tehnoloogiatega võrreldes ilmseid eeliseid. Ka RF-muunduril on oma väljakutsed, kuid see sillutab teed tõelise tarkvara raadiosaate arhitektuuri realiseerimisele.
RF DAC, näiteks 14-bitine 2.3 Gsps MAX5879, on raadiosagedusliku otsemuundamise arhitektuuri võtmeahel. See DAC suudab pakkuda suurepärast võlts- ja müratõhusust 1GHz ribalaiusel. Seade võtab kasutusele uuendusliku disaini teises ja kolmandas Nyquisti ribas, toetab signaali edastamist ja suudab sünteesida raadiosagedussignaale väljundsagedusega kuni 3GHz. Mõõtmistulemused kontrollivad DAC-i toimivust.
Traditsiooniline RF-saatja arhitektuur
Viimase paarikümne aasta jooksul on superheterodüüni kujunduse saavutamiseks kasutatud traditsioonilist saatjaarhitektuuri, kasutades vahesageduse (IF) genereerimiseks lokaalset ostsillaatorit (LO) ja mikserit. Mikser genereerib tavaliselt kaks pildisagedust (nn külgribasid) LO lähedal ja saab kasuliku signaali, filtreerides ühe külgribadest välja. Kaasaegsed traadita ülekandesüsteemid, eriti tugijaama (BTS) saatjad, teostavad põhiriba digitaalse modulatsiooni signaalidel enamasti I ja Q kvadratuurmodulatsiooni.
0Traditsiooniline RF-saatja arhitektuur
Viimase paarikümne aasta jooksul on superheterodüüni kujunduse saavutamiseks kasutatud traditsioonilist saatjaarhitektuuri, kasutades vahesageduse (IF) genereerimiseks lokaalset ostsillaatorit (LO) ja mikserit. Mikser genereerib tavaliselt kaks pildisagedust (nn külgribasid) LO lähedal ja saab kasuliku signaali, filtreerides ühe külgribadest välja. Kaasaegsed traadita ülekandesüsteemid, eriti tugijaama (BTS) saatjad, teostavad põhiriba digitaalse modulatsiooni signaalidel enamasti I ja Q kvadratuurmodulatsiooni.
Joonis 1. Traadita saatja arhitektuur.
Kvadratuurne IF-saatja
Komplekssel põhiriba digitaalsignaalil on põhiribal kaks rada: I ja Q. Kahe signaalitee kasutamise eeliseks on see, et kui kasutada kahe keeruka IF-signaali sünteesimiseks analoogset kvadratuurmodulaatorit (MOD), siis on üks IF külgribadest elimineeritud. Kuid kanalite I ja Q asümmeetria tõttu ei kompenseerita modulaatori pildisagedust ideaalselt. See kvadratuurne IF-arhitektuur on näidatud joonisel 1 (B). Joonisel kasutatakse digitaalset kvadratuurmodulaatorit ja LO numbriliselt juhitavat ostsillaatorit (NCO) I ja Q põhiribasignaalide (koefitsient R) interpoleerimiseks ja positiivse üleandmise IF-kanduri moduleerimiseks. Seejärel teisendab kahekordne DAC digitaalsed I ja Q IF kandjad analoogsignaalideks ja saadab need modulaatorisse. Kasutute külgribade summutamise täiendavaks suurendamiseks kasutab süsteem ka ribalaiuse filtrit (BPF).
Null-IF saatja
Joonisel 1 (A) näidatud nullvahesageduse (ZIF) saatjas interpoleeritakse põhiriba digitaalne kvadratuursignaal, et see vastaks filtreerimisnõuetele; siis saadetakse see DACile. DAC-i kvadratuuranaloogväljund saadetakse ka põhiriba analoogkvadratuurmodulaatorile. Kuna kogu moduleeritud signaal teisendatakse LO sagedusel RF-kandjaks, tõstab ZIF-i arhitektuur tõepoolest esile kvadratuuride segamise "võlu". Arvestades, et I ja Q teed pole ideaalsed teed, näiteks LO leke ja asümmeetria, genereeritakse tagurpidi signaalipildid (asuvad edastatud signaali vahemikus), mille tulemuseks on signaalivead. Mitme kandjaga saatjas võib pildisignaal olla kanduri lähedal, põhjustades ribalaiust vale kiirgust. Juhtmevabad saatjad kasutavad selliste defektide kompenseerimiseks sageli keerulist digitaalset moonutust.
Joonisel 1 (D) näidatud raadiosagedusliku otsekonversiooni saatjas kasutatakse kvadratuurdemodulaatorit digitaalvaldkonnas ja LO asendatakse NCO-ga, nii et I ja Q kanalites saavutatakse peaaegu täiuslik sümmeetria ja põhimõtteliselt puudub LO leke. Seetõttu on digitaalse modulaatori väljundiks digitaalne RF-kandur, mis saadetakse ülikiirele DAC-ile. Kuna DAC-väljund on diskreetne ajasignaal, genereeritakse aliasitud pildisagedus, mis on võrdne DAC-i taktsagedusega (CLK). BPF filtreerib DAC-väljundi, valib RF-kanduri ja saadab selle seejärel muutuva võimendusega võimendisse (VGA).
Kõrge IF-ga saatja
RF otsese muundamise saatjad võivad seda meetodit kasutada ka kõrgema keskmise sagedusega digitaalkandjate genereerimiseks, nagu on näidatud joonisel 1 (C). Siin teisendab DAC digitaalse vahesageduse analoogseks vahesageduskandjaks. Pärast DAC-i kasutage vahesagedusliku pildi sageduse filtreerimiseks ribapääsfiltri sageduse valiku karakteristikut. Seejärel saadetakse mikserile vajalik vahesagedussignaal, et genereerida kaks külgriba, kus IF-signaal segatakse LO-ga, ja filtreeritakse teise ribalaiusfiltri abil, et saada vajalik RF-ribalaius.
Ilmselt nõuab raadiosagedusliku otsemuundamise arhitektuur minimaalselt aktiivseid komponente. Kuna analoogkvadratuurmodulaatori ja LO asendamiseks kasutatakse digitaalse kvadratuurmodulaatori ja NCO-ga FPGA-d või ASIC-i, väldib RF otsesageduse muundamise arhitektuur I ja Q kanalite tasakaalustamatuse viga ja LO lekkeid. Lisaks, kuna DAC-i diskreetimissagedus on väga kõrge, on lihtsam lairibasignaale sünteesida, tagades samas filtreerimisnõuete täitmise.
Kõrgjõudlusega DAC on raadiosagedusliku otsemuundamise arhitektuuri põhikomponent traditsioonilise traadita saatja asendamiseks. DAC peab genereerima kuni 2GHz või kõrgema raadiosageduskandja ning dünaamiline jõudlus peab jõudma teiste arhitektuuride pakutava põhiriba või keskmise sagedusjõudluseni. MAX5879 on nii suure jõudlusega DAC.
RF5879 otsekonversioonisaatja realiseerimiseks MAXXNUMX DAC-i kasutamine
MAX5879 on 14-bitine, 2.3 Gps / s RF DAC, mille väljundribalaius on suurem kui 2 GHz, ülimadal müratase ja madal vale jõudlus ning see on mõeldud RF otsese muundamise saatjate jaoks. Selle sagedusreaktsiooni (joonis 2) saab määrata impulssreaktsiooni muutmisega ning esimese Nyquisti riba väljundi jaoks kasutatakse nullini tagasituleku (NRZ) režiimi. RF-režiim keskendub teise ja kolmanda Nyquisti riba väljundvõimsusele. Nullini naasmise (RZ) režiim tagab kindla reageerimise mitmes Nyquisti sagedusribas, kuid väiksema väljundvõimsusega. MAX5879 ainulaadne omadus on RFZ-režiim. RFZ-režiim on raadiosagedusrežiim "nullitäitega", seega on DAC-i sisendi diskreetimissagedus pool teistest režiimidest. See režiim on väga kasulik väiksema ribalaiusega signaalide sünteesimiseks ja suudab väljastada kõrgsageduslikke signaale kõrgekvaliteedilises Nyquisti ribas. Seega saab MAX5879 DAC-i kasutada selle modelleeritud kandjate sünteesimiseks, mis ületavad tema diskreetimissagedust, piiratud ainult 2 + GHz analoogväljundi ribalaiusega.
Joonis 2. MAX5879 DAC-i valitavad sageduskarakteristikud. MAX5879 jõudlustest näitab, et 4 kandjaga GSM-signaali intermodulatsiooni moonutus on 74 MHz juures suurem kui 940 dB (joonis 3); 2.1 GHz juures on 4 kandjaga WCDMA signaali külgneva kanali lekkevõimsuse suhe (ACLR) 67 dB (joonis 4); sagedusel 2.6 GHz on 2-kandja LTE ACLR 65 dB (joonis 5). Selle jõudlusega DAC võib toetada erinevate digitaalsete modulatsioonisignaalide otsest digitaalset sünteesi multi-Nyquisti sagedusribas ning seda saab kasutada ühise riistvarana mitmetasandiliste, mitmeribaliste traadita tugijaamade saatjate jaoks.
Joonis 3. MAX5879 4-kandja GSM jõudlustest, 940MHz ja 2.3Gsps (esimene Nyquisti riba).
Joonis 4. MAX5879 4 kandjaga WCDMA jõudlustest, 2140MHz ja 2.3Gsps (teine Nyquisti riba).
Joonis 5. MAX5879 2-kandja LTE jõudlustest, 2650MHz ja 2.3Gsps (kolmas Nyquisti riba).
RF otsese muundamise saatja rakendus
MAX5879 DAC suudab Nyquisti sagedusribas samaaegselt edastada ka mitut kandjat. Seda funktsiooni kasutatakse praegu kaabeltelevisiooni allalüli ülekandelinkides mitme QAM-moduleeritud signaali saatmiseks sagedusalas 50–1000 20 MHz. Selle rakenduse jaoks on kandja tihedus, mida RF otsese muundamise saatja toetab, 30-XNUMX korda suurem kui teiste edastuse arhitektuuride puhul. Lisaks sellele, kuna üks lairiba otsese muundamise raadiosaatja asendab mitut traadita saatjat, väheneb kaabeltelevisiooni esiotsa energiatarve ja pindala oluliselt.
MAX5879-l põhinevaid otseseid raadiosaatjaid saab kasutada lairiba- ja kõrgsageduslike väljundrakenduste jaoks. Näiteks nutitelefonide ja tahvelarvutite populaarsuse kasvades vajavad traadita tugijaamad laiemat sagedusriba. Pole kahtlust, et praegused saatjad, mis selliseid seadmeid toetavad, asendatakse järk-järgult suure jõudlusega RF DAC-idel (näiteks MAX5879) põhinevate otseülekande raadiosaatjatega.
Kokkuvõtteks
RF DAC-põhise saatja edastusribalaius ületab tavapärast arhitektuuri oluliselt ilma dünaamilise jõudluse kadumiseta. Seda saab rakendada FPGA või ASIC abil, kaotades vajaduse analoogsete kvadratuurmodulaatorite ja LO süntesaatorite järele, parandades seeläbi traadita saatjate usaldusväärsust. See skeem vähendab oluliselt ka komponentide arvu ja enamikul juhtudel vähendab ka süsteemi energiatarbimist.
Meie teise tootega:
