Useiden vuosien kehityksen jälkeen radiolähettimet ovat vähitellen siirtyneet yksinkertaisesta IF-lähetysarkkitehtuurista kvadratuureihin IF-lähettimiin ja nolla-IF-lähettimiin. Näillä arkkitehtuureilla on kuitenkin edelleen rajoituksia. Uusin RF-muunnoslähetin voi voittaa perinteisten lähettimien rajoitukset. Tässä artikkelissa verrataan langattoman viestinnän eri lähetysarkkitehtuurien ominaisuuksia. Suora RF-muunninlähetin käyttää erittäin suorituskykyistä digitaalinen-analoginen muunninta (DAC), jolla on ilmeisiä etuja perinteisiin tekniikoihin verrattuna. RF-suoramuunnoslähettimellä on myös omat haasteensa, mutta se tasoittaa tietä todellisen ohjelmistoradiolähetysarkkitehtuurin toteuttamiselle.
RF DAC, kuten 14-bittinen 2.3Gsps MAX5879, on RF-suoramuunnosarkkitehtuurin avainpiiri. Tämä DAC voi tarjota erinomaisen väärennöksen ja melun suorituskyvyn 1 GHz: n kaistanleveydellä. Laite käyttää innovatiivista muotoilua toisessa ja kolmannessa Nyquist-kaistalla, tukee signaalinsiirtoa ja voi syntetisoida radiotaajuussignaaleja jopa 3GHz: n lähtötaajuudella. Mittaustulokset varmistavat DAC: n suorituskyvyn.
Perinteinen RF-lähettimen arkkitehtuuri
Viime vuosikymmenien aikana perinteistä lähetinarkkitehtuuria on käytetty superheterodyne-suunnittelun aikaansaamiseen, käyttämällä paikallista oskillaattoria (LO) ja sekoitinta välitaajuuden (IF) tuottamiseksi. Sekoitin muodostaa yleensä kaksi kuvan taajuutta (kutsutaan sivukaistoiksi) lähellä LO: ta ja saa hyödyllisen signaalin suodattamalla yhden sivukaistoista. Nykyaikaiset langattomat siirtojärjestelmät, erityisesti tukiasemalähettimet (BTS), suorittavat enimmäkseen I- ja Q-kvadratuurimodulaatiota kantataajuuksisilla digitaalisilla modulointisignaaleilla.
Perinteinen RF-lähettimen arkkitehtuuri
Viime vuosikymmenien aikana perinteistä lähetinarkkitehtuuria on käytetty superheterodyne-suunnittelun aikaansaamiseen, käyttämällä paikallista oskillaattoria (LO) ja sekoitinta välitaajuuden (IF) tuottamiseksi. Sekoitin muodostaa yleensä kaksi kuvan taajuutta (kutsutaan sivukaistoiksi) lähellä LO: ta ja saa hyödyllisen signaalin suodattamalla yhden sivukaistoista. Nykyaikaiset langattomat siirtojärjestelmät, erityisesti tukiasemalähettimet (BTS), suorittavat enimmäkseen I- ja Q-kvadratuurimodulaatiota kantataajuuksisilla digitaalisilla modulointisignaaleilla.
Kuva 1. Langattoman lähettimen arkkitehtuuri.
Quadrature IF -lähetin
Monimutkaisella kantataajuuskaistan digitaalisignaalilla on kaksi polkua kantataajuudessa: I ja Q. Kahden signaalireitin käytön etuna on, että kun käytetään analogista kvadratuurimodulaattoria (MOD) kahden monimutkaisen IF-signaalin syntetisoimiseksi, yksi IF-sivukaistoista eliminoidaan. I- ja Q-kanavien epäsymmetriasta johtuen modulaattorin kuvan taajuus ei kuitenkaan ole täysin tasainen. Tämä IF-kvadratuuriarkkitehtuuri on esitetty kuvassa 1 (B). Kuvassa käytetään digitaalista kvadratuurimodulaattoria ja numeerisesti ohjattua LO-oskillaattoria (NCO) I ja Q-kantataajuussignaalien (kerroin R) interpoloimiseksi ja moduloimiseksi positiiviseksi IF-kantoaallolle. Sitten kaksois-DAC muuntaa digitaaliset I- ja Q-IF-kantoaallot analogisiksi signaaleiksi ja lähettää ne modulaattorille. Hyödyttömien sivukaistojen vaimennuksen lisäämiseksi järjestelmä käyttää myös kaistanpäästösuodatinta (BPF).
Zero-IF -lähetin
Kuvassa 1 (A) esitetyssä nollavälitaajuuslähettimessä (ZIF) kantataajuinen digitaalinen kvadratuurisignaali interpoloidaan suodatusvaatimusten täyttämiseksi; sitten se lähetetään DAC: lle. DAC: n kvadratuurianalogilähtö lähetetään myös analogiselle kvadratuurimodulaattorille kantataajuudella. Koska koko moduloitu signaali muunnetaan RF-kantoaalloksi LO-taajuudella, ZIF-arkkitehtuuri tuo todella esiin kvadratuurisekoituksen "viehätyksen". Ottaen kuitenkin huomioon, että I- ja Q-polut eivät ole ihanteellisia polkuja, kuten LO-vuoto ja epäsymmetria, generoidaan käänteiset signaalikuvat (sijaitsevat lähetetyn signaalin alueella), mikä johtaa signaalivirheisiin. Monikantoaaltolähettimessä kuvasignaali voi olla lähellä kantoaaltoa aiheuttaen kaistan sisäisiä väärennöksiä. Langattomat lähettimet käyttävät usein monimutkaista digitaalista esivääristymistä kompensoidakseen tällaiset viat.
Kuvan 1 (D) suorassa RF-muunnoslähettimessä käytetään kvadratuuridemodulaattoria digitaalisessa verkkotunnuksessa ja LO korvataan NCO: lla, jolloin I- ja Q-kanavilla saadaan melkein täydellinen symmetria ja periaatteessa ei LO-vuotoja. Siksi digitaalisen modulaattorin lähtö on digitaalinen RF-kantoaalto, joka lähetetään huippunopealle DAC: lle. Koska DAC-ulostulo on erillinen aikasignaali, muodostetaan aliaksinen kuvan taajuus, joka on yhtä suuri kuin DAC-kellotaajuus (CLK). BPF suodattaa DAC-lähdön, valitsee RF-kantoaallon ja lähettää sen sitten muuttuvan vahvistuksen vahvistimeen (VGA).
High-IF -lähetin
RF-suoramuunnoslähettimet voivat myös käyttää tätä menetelmää korkeamman välitaajuisen digitaalisen kantoaallon tuottamiseksi, kuten kuvassa 1 (C) on esitetty. Tässä DAC muuntaa digitaalisen välitaajuuden analogiseksi välitaajuuskantajaksi. Käytä DAC: n jälkeen kaistanpäästösuodattimen taajuuden valinnan ominaispiirteitä suodataksesi välitaajuisen kuvan taajuus. Sitten vaadittu välitaajuussignaali lähetetään sekoittimeen kahden sivukaistan muodostamiseksi, joissa IF-signaali sekoitetaan LO: n kanssa, ja suodatetaan toisella kaistanpäästösuodattimella tarvittavan RF-sivukaistan saamiseksi.
Tietenkin RF-suoramuunnosarkkitehtuuri vaatii vain vähän aktiivisia komponentteja. Koska analogista kvadratuurimodulaattoria ja LO: ta käytetään korvaamaan FPGA tai ASIC, jossa on digitaalinen kvadratuurimodulaattori ja NCO, RF-taajuusmuunnosarkkitehtuuri välttää I- ja Q-kanavien epätasapainovirheen ja LO-vuotot. Lisäksi koska DAC: n näytteenottotaajuus on erittäin korkea, on helpompaa syntetisoida laajakaistasignaaleja samalla kun varmistetaan, että suodatusvaatimukset täyttyvät.
Suorituskykyinen DAC on keskeinen komponentti suoraa radiotaajuusmuunnosarkkitehtuuria varten korvaamaan perinteinen langaton lähetin. DAC: n on tuotettava radiotaajuuskantoaika, joka on korkeintaan 2 GHz, ja dynaamisen suorituskyvyn on saavutettava muiden arkkitehtuurien tarjoama kantataajuinen tai keskitaajuinen suorituskyky. MAX5879 on niin suorituskykyinen DAC.
MAX5879 DAC: n käyttö RF-suoramuuntolähettimen toteuttamiseksi
MAX5879 on 14-bittinen, 2.3 Gps / s RF DAC, jonka lähtökaistanleveys on yli 2 GHz, erittäin matala melutaso ja heikko suorituskyky, ja se on suunniteltu radiotaajuusmuuttajille. Sen taajuusvaste (kuva 2) voidaan asettaa muuttamalla sen impulssivastetta, ja ensimmäiseen Nyquist-kaistalähtöön käytetään paluu nollaan -tilaa (NRZ). RF-tila keskittyy toisen ja kolmannen Nyquist-kaistan lähtötehoon. Paluu nollaan (RZ) -tila tarjoaa tasaisen vasteen useilla Nyquist-kaistoilla, mutta pienemmän lähtötehon. MAX5879: n ainutlaatuinen ominaisuus on RFZ-tila. RFZ-tila on "nolla täyttö" radiotaajuustila, joten DAC-tulon näytteenottotaajuus on puolet muista moodeista. Tämä tila on erittäin hyödyllinen syntetisoitaessa signaaleja, joilla on pienempi kaistanleveys, ja se voi tuottaa korkeataajuisia signaaleja korkean asteen Nyquist-kaistalla. Joten MAX5879 DAC: ää voidaan käyttää syntetisoimaan moduloituja kantoaaltoja, jotka ylittävät sen näytteenottotaajuuden, vain 2 + GHz: n analogisen lähdön kaistanleveyden rajoittamana.
Kuva 2. MAX5879 DAC: n valittavat taajuusvasteominaisuudet. MAX5879-suorituskykytesti osoittaa, että 4-kantoaallon GSM-signaalin intermodulaatiovääristymä on suurempi kuin 74 dB taajuudella 940 MHz (kuva 3); 2.1 GHz: llä 4-kantoaallon WCDMA-signaalin vierekkäinen kanavavuototehosuhde (ACLR) on 67 dB (kuva 4); taajuudella 2.6 GHz, kahden kantoaallon LTE: n ACLR on 2dB (kuva 65). Tällä suorituskyvyllä varustettu DAC voi tukea erilaisten digitaalisten modulointisignaalien suoraa digitaalista synteesiä multi-Nyquist-taajuuskaistalla, ja sitä voidaan käyttää yleisenä laitteistona monistandardisille, monikaistaisille langattomille tukiasemalähettimille.
Kuva 3. MAX5879 4-kantoaallon GSM-suorituskykytesti, 940 MHz ja 2.3 Gps (ensimmäinen Nyquist-kaista).
Kuva 4. MAX5879 4-kantoaallon WCDMA-suorituskykytesti, 2140 MHz ja 2.3 Gsps (toinen Nyquist-kaista).
Kuva 5. MAX5879 2-kantoaallon LTE-suorituskykytesti, 2650 MHz ja 2.3 Gps (kolmas Nyquist-kaista).
RF-suoramuunnoslähetinsovellus
MAX5879 DAC voi myös lähettää useita kantajia Nyquist-kaistalla samanaikaisesti. Tätä toimintoa käytetään tällä hetkellä kaapelitelevision laskevan siirtotien lähetyslinkissä lähettämään useita QAM-moduloituja signaaleja taajuuskaistalla 50 MHz - 1000 MHz. Tätä sovellusta varten suoran RF-muunnoslähettimen tukema kantoaaltiheys on 20-30 kertaa suurempi kuin muiden lähetysarkkitehtuurien. Lisäksi, koska yksi laajakaistainen RF-muunnoslähetin korvaa useita langattomia lähettimiä, kaapelitelevision etupään virrankulutus ja pinta-ala pienenevät huomattavasti.
MAX5879: een perustuvia RF-suoramuunnoslähettimiä voidaan käyttää laajakaista- ja suurtaajuuslähtöihin. Esimerkiksi älypuhelinten ja taulutietokoneiden suosion kasvaessa langattomat tukiasemat vaativat laajempaa taajuuskaistaa. Ei ole epäilystäkään siitä, että nykyiset lähettimet, jotka tukevat tällaisia laitteita, korvataan vähitellen korkean suorituskyvyn RF-DAC: iin (kuten MAX5879) perustuvilla suorilla radiotaajuuslähettimillä.
Yhteenvetona
RF DAC-pohjaisen lähettimen lähetyskaistanleveys ylittää perinteisen arkkitehtuurin selvästi ilman dynaamisen suorituskyvyn menetystä. Se voidaan toteuttaa FPGA- tai ASIC-tekniikalla, jolloin analogisten kvadratuurimodulaattoreiden ja LO-syntetisaattoreiden tarve ei ole tarpeen, mikä parantaa langattomien sukupuolilähettimien luotettavuutta. Tämä järjestelmä vähentää myös huomattavasti komponenttien määrää ja useimmissa tapauksissa myös järjestelmän virrankulutusta.
Meidän muiden tuotteiden:
