Despois de varios anos de desenvolvemento, os transmisores de radio pasaron gradualmente de arquitectura de transmisión IF simple a transmisores IF de cuadratura e transmisores IF cero. Non obstante, estas arquitecturas aínda teñen limitacións. O último transmisor de conversión directa de RF pode superar as limitacións dos transmisores tradicionais. Este artigo compara as características de diferentes arquitecturas de transmisión en comunicacións sen fíos. O transmisor de conversión directa RF usa un convertedor dixital a analóxico (DAC) de alto rendemento, que ten vantaxes evidentes sobre as tecnoloxías tradicionais. O transmisor de conversión directa de RF tamén ten os seus propios desafíos, pero abre o camiño para a realización dunha verdadeira arquitectura de transmisión de radio de software.
RF DAC, como o 14 bits de 2.3Gsps MAX5879, é o circuíto clave da arquitectura de conversión directa de RF. Este DAC pode proporcionar un excelente rendemento de ruído e espurio nun ancho de banda de 1 GHz. O dispositivo adopta un deseño innovador na segunda e terceira banda de Nyquist, admite a transmisión de sinais e pode sintetizar sinais de radiofrecuencia cunha frecuencia de saída de ata 3GHz. Os resultados da medición verifican o rendemento do DAC.
Arquitectura tradicional do transmisor de RF
Durante as últimas décadas, a arquitectura do transmisor tradicional utilizouse para lograr un deseño superheterodino, usando o oscilador local (LO) e o mesturador para xerar frecuencia intermedia (IF). O mesturador xeralmente xera dúas frecuencias de imaxe (chamadas bandas laterais) preto do LO e obtén un sinal útil ao filtrar unha das bandas laterais. Os modernos sistemas de transmisión sen fíos, especialmente os transmisores de estación base (BTS), realizan principalmente modulación de cuadratura I e Q en sinais de modulación dixital de banda base.
0Arquitectura tradicional do transmisor de RF
Durante as últimas décadas, a arquitectura do transmisor tradicional utilizouse para lograr un deseño superheterodino, usando o oscilador local (LO) e o mesturador para xerar frecuencia intermedia (IF). O mesturador xeralmente xera dúas frecuencias de imaxe (chamadas bandas laterais) preto do LO e obtén un sinal útil ao filtrar unha das bandas laterais. Os modernos sistemas de transmisión sen fíos, especialmente os transmisores de estación base (BTS), realizan principalmente modulación de cuadratura I e Q en sinais de modulación dixital de banda base.
Figura 1. Arquitectura do transmisor sen fíos.
Transmisor de cuadratura IF
O sinal dixital de banda base complexa ten dous camiños na banda base: I e Q. A vantaxe de usar dous camiños de sinal é que cando se usa un modulador de cuadratura analóxica (MOD) para sintetizar dous sinais IF complexos, elimínase unha das bandas laterais IF. Non obstante, debido á asimetría das canles I e Q, a frecuencia de imaxe do modulador non será perfectamente compensada. Esta arquitectura IF de cuadratura móstrase na Figura 1 (B). Na figura, úsase un modulador de cuadratura dixital e un oscilador controlado numéricamente LO (NCO) para interpolar os sinais de banda base I e Q (coeficiente R) e modulalos a portadora de Hand over IF positiva. A continuación, o DAC dual converte os portadores dixitais I e Q IF en sinais analóxicos e envíaos ao modulador. Para aumentar aínda máis a supresión de bandas laterais inútiles, o sistema tamén usa un filtro de paso de banda (BPF).
Transmisor cero-IF
No transmisor de frecuencia intermedia cero (ZIF) mostrado na figura 1 (A), o sinal de cuadratura dixital de banda base interpolase para cumprir os requisitos de filtrado; despois envíase ao DAC. A saída analóxica de cuadratura do DAC tamén se envía ao modulador de cuadratura analóxica na banda base. Debido a que todo o sinal modulado convértese nunha portadora de RF á frecuencia LO, a arquitectura ZIF realmente destaca o "encanto" da mestura de cuadratura. Non obstante, tendo en conta que as rutas I e Q non son rutas ideais, como a fuga de LO e a asimetría, xeraranse imaxes de sinal invertidas (situadas dentro do rango do sinal transmitido), o que provocará erros de sinal. Nun transmisor multi-portador, o sinal de imaxe pode estar preto do portador, provocando radiación espuria dentro da banda. Os transmisores sen fíos adoitan usar unha complexa predistorsión dixital para compensar eses defectos.
No transmisor de conversión directa RF mostrado na figura 1 (D), úsase un demodulador de cuadratura no dominio dixital e o LO substitúese por un NCO, de xeito que se obtén unha simetría case perfecta nas canles I e Q, e hai basicamente sen fugas de LO. Polo tanto, a saída do modulador dixital é unha portadora de RF dixital, que se envía ao DAC de alta velocidade. Dado que a saída DAC é un sinal de tempo discreto, xérase unha frecuencia de imaxe alias igual á frecuencia de reloxo DAC (CLK). O BPF filtra a saída DAC, selecciona a portadora de RF e envíaa ao amplificador de ganancia variable (VGA).
Transmisor de alta IF
Os transmisores de conversión directa de RF tamén poden usar este método para xerar portadoras dixitais de frecuencia intermedia máis altas, como se mostra na Figura 1 (C). Aquí, o DAC converte a frecuencia intermedia dixital nunha portadora de frecuencia intermedia analóxica. Despois do DAC, use a característica de selección de frecuencia do filtro de paso de banda para filtrar a frecuencia de imaxe de frecuencia intermedia. A continuación, o sinal de frecuencia intermedia requirido envíase ao mesturador para xerar dúas bandas laterais onde o sinal IF se mestura co LO e fíltrase con outro filtro de paso de banda para obter a banda lateral de RF requirida.
Obviamente, a arquitectura de conversión directa de RF require compoñentes activos mínimos. Debido a que FPGA ou ASIC con modulador de cuadratura dixital e NCO úsanse para substituír o modulador de cuadratura analóxica e LO, a arquitectura de conversión de frecuencia directa de RF evita o erro de desequilibrio das canles I e Q e a fuga de LO. Ademais, debido a que a taxa de mostraxe do DAC é moi alta, é máis sinxelo sintetizar sinais de banda ancha, garantindo ao mesmo tempo que se cumpren os requisitos de filtrado.
O DAC de alto rendemento é un compoñente clave para a arquitectura de conversión directa de RF para substituír o transmisor sen fíos tradicional. O DAC necesita xerar unha portadora de radiofrecuencia de ata 2 GHz ou superior e o rendemento dinámico debe alcanzar o rendemento de frecuencia base ou intermedio proporcionado por outras arquitecturas. MAX5879 é un DAC de alto rendemento.
Usando MAX5879 DAC para realizar un transmisor de conversión directa de RF
O MAX5879 é un DAC RF de 14 bits e 2.3 Gsps cun ancho de banda de saída superior a 2 GHz, ruído ultra baixo e baixo rendemento espurio e está deseñado para transmisores de conversión directa de RF. A súa resposta en frecuencia (Figura 2) pódese configurar cambiando a súa resposta de impulso e o modo de non retorno a cero (NRZ) úsase para a primeira saída de banda de Nyquist. O modo RF céntrase na potencia de saída da segunda e terceira banda Nyquist. O modo de retorno a cero (RZ) proporciona unha resposta plana en varias bandas de Nyquist, pero con menor potencia de saída. A característica única de MAX5879 é o modo RFZ. O modo RFZ é un modo de radiofrecuencia de "recheo cero", polo que a taxa de mostraxe de entrada DAC é a metade doutros modos. Este modo é moi útil para sintetizar sinais con menor ancho de banda e pode emitir sinais de alta frecuencia na banda Nyquist de alta orde. Polo tanto, o MAX5879 DAC pode usarse para sintetizar operadores modulados que superan a súa taxa de mostraxe, só limitada polo ancho de banda de saída analóxica de 2 + GHz.
Figura 2. Características de resposta en frecuencia seleccionables do MAX5879 DAC. A proba de rendemento MAX5879 mostra que a distorsión de intermodulación do sinal GSM de 4 portadoras é maior que 74 dB a 940 MHz (Figura 3); a 2.1 GHz, a relación de potencia de fuga de canle adxacente (ACLR) do sinal WCDMA de 4 portadoras é de 67 dB (Figura 4); a 2.6 GHz, o ACLR do LTE de 2 portadoras é de 65 dB (Figura 5). O DAC con este rendemento pode soportar a síntese dixital directa de varios sinais de modulación dixital na banda de frecuencia multi-Nyquist e pode usarse como hardware común para transmisores de estación base sen fíos multi-estándar e multi-banda.
Figura 3. Proba de rendemento GSM de 5879 portadoras MAX4, 940 MHz e 2.3 Gsps (primeira banda Nyquist).
Figura 4. Proba de rendemento WCDMA de 5879 portadoras MAX4, 2140 MHz e 2.3 Gsps (segunda banda Nyquist).
Figura 5. Proba de rendemento LTE de 5879 portadoras MAX2, 2650 MHz e 2.3 Gsps (terceira banda Nyquist).
Aplicación de transmisor de conversión directa RF
O MAX5879 DAC tamén pode transmitir varias operadoras na banda Nyquist simultaneamente. Esta función úsase actualmente na ligazón de transmisión de enlace descendente da televisión por cable para enviar múltiples sinais modulados QAM na banda de frecuencia de 50 MHz a 1000 MHz. Para esta aplicación, a densidade de portadora soportada polo transmisor de conversión directa de RF é 20-30 veces a doutras arquitecturas de transmisión. Ademais, debido a que un único transmisor de conversión directa de banda ancha de RF substitúe a varios transmisores sen fíos, o consumo de enerxía e a superficie do frontal de TV por cable redúcense moito.
Os transmisores de conversión directa RF baseados en MAX5879 pódense usar para aplicacións de saída de banda ancha e alta frecuencia. Por exemplo, coa popularidade crecente dos teléfonos intelixentes e das tabletas, as estacións base sen fíos requirirán unha banda de frecuencia máis ampla. Non hai dúbida de que os transmisores actuais que admiten estes dispositivos serán substituídos gradualmente por transmisores de conversión directa de RF baseados en DAC de alto rendemento (como MAX5879).
para resumir
O transmisor baseado en DAC RF ten un ancho de banda de transmisión moito máis alá da arquitectura tradicional sen perda de rendemento dinámico. Pode implementarse usando FPGA ou ASIC, eliminando a necesidade de moduladores de cuadratura analóxicos e sintetizadores LO, mellorando así a fiabilidade dos transmisores sen fíos Sex. Este esquema tamén reduce moito o número de compoñentes e, na maioría dos casos, tamén reduce o consumo de enerxía do sistema.
Noso outro produto:
