RF birbaşa konversiya ötürücülərinin üstünlükləri nələrdir?
Bir neçə illik inkişafdan sonra radio ötürücülər tədricən sadə IF ötürülmə arxitekturasından dörd ötürücü IF ötürücülərinə və sıfır IF ötürücülərinə keçdilər. Bununla birlikdə, bu memarlıqların hələ də məhdudiyyətləri var. Ən son RF birbaşa konversiya ötürücü ənənəvi ötürücülərin məhdudiyyətlərini aşa bilər. Bu məqalə simsiz rabitədəki fərqli ötürmə arxitekturasının xüsusiyyətlərini müqayisə edir. RF birbaşa konversiya ötürücüsü ənənəvi texnologiyalara nisbətən açıq üstünlüklərə malik olan yüksək performanslı rəqəmsal-analoq çeviricidən (DAC) istifadə edir. RF birbaşa konversiya ötürücüsünün də öz çətinlikləri var, lakin həqiqi bir proqram radio yayım arxitekturasının həyata keçirilməsinə yol açır.
14 bit 2.3Gsps MAX5879 kimi RF DAC, RF birbaşa dönüşüm arxitekturasının əsas dövrəsidir. Bu DAC, 1GHz bant genişliyi daxilində mükəmməl saxta və səs-küy performansı təmin edə bilər. Cihaz ikinci və üçüncü Nyquist bantlarında yenilikçi dizaynı qəbul edir, siqnal ötürülməsini dəstəkləyir və 3GHz-ə qədər çıxış tezliyi ilə radio tezlik siqnallarını sintez edə bilir. Ölçmə nəticələri DAC-ın fəaliyyətini təsdiqləyir.
Ənənəvi RF ötürücü memarlığı
Son bir neçə onillikdə, yerli osilator (LO) və orta tezlik (IF) yaratmaq üçün qarışdırıcı istifadə edərək, superheterodin dizaynına nail olmaq üçün ənənəvi ötürücü memarlığı istifadə edilmişdir. Mikser ümumiyyətlə LO yaxınlığında iki şəkil tezliyi (yan bantlar adlanır) yaradır və yan bantlardan birini süzərək faydalı bir siqnal əldə edir. Müasir simsiz ötürmə sistemləri, xüsusən baza stansiyası (BTS) ötürücüləri, əsasən baza bantlı rəqəmsal modulyasiya siqnallarında I və Q dördlü modulyasiyanı həyata keçirirlər.
0 Ənənəvi RF ötürücü arxitekturası
Son bir neçə onillikdə, yerli osilator (LO) və orta tezlik (IF) yaratmaq üçün qarışdırıcı istifadə edərək, superheterodin dizaynına nail olmaq üçün ənənəvi ötürücü memarlığı istifadə edilmişdir. Mikser ümumiyyətlə LO yaxınlığında iki şəkil tezliyi (yan bantlar adlanır) yaradır və yan bantlardan birini süzərək faydalı bir siqnal əldə edir. Müasir simsiz ötürmə sistemləri, xüsusən baza stansiyası (BTS) ötürücüləri, əsasən baza bantlı rəqəmsal modulyasiya siqnallarında I və Q dördlü modulyasiyanı həyata keçirirlər.
Şəkil 1. Simsiz ötürücü arxitekturası.
Quadrature IF ötürücü
Mürəkkəb baza zolaqlı rəqəmsal siqnal baza zolağında iki yola malikdir: I və Q. İki siqnal yolundan istifadə etməyin üstünlüyü ondan ibarətdir ki, iki mürəkkəb IF siqnalını sintez etmək üçün analoq dördlü modulatordan (MOD) istifadə olunanda IF yan bantlardan biri ləğv edilsin. Bununla birlikdə, I və Q kanallarının asimmetriyasına görə modulatorun görüntü tezliyi mükəmməl bir şəkildə əvəzləşdirilməyəcəkdir. Bu quadrature IF memarlığı Şəkil 1 (B) -də göstərilmişdir. Şəkildə I və Q baza bant siqnallarını (R əmsalı) interpolyasiya etmək və onları pozitiv təhvil vermək üçün modulyasiya etmək üçün rəqəmsal bir kvadratura modulyatoru və LO sayısal nəzarətli osilator (NCO) istifadə olunur. Sonra ikili DAC rəqəmsal I və Q IF daşıyıcılarını analoq siqnallara çevirir və modulatora göndərir. Yararsız yan bantların yatırılmasını daha da artırmaq üçün sistem bant keçid filtrindən (BPF) istifadə edir.
Sıfır-IF ötürücü
Şəkil 1-də (A) göstərilən sıfır ara tezlik (ZIF) ötürücüsündə, əsas zolaqlı rəqəmsal kvadratasiya siqnalı filtrasiya tələblərinə cavab vermək üçün interpolasiya olunur; sonra DAC-a göndərilir. DAC-ın dördlü analog çıxışı, eyni zamanda baza lentindəki analog kvadrat modulatoruna göndərilir. Bütün modulyasiya edilmiş siqnal LO tezliyində bir RF daşıyıcısına çevrildiyi üçün, ZIF arxitekturası həqiqətən dördlü qarışmanın "cazibəsini" vurğulayır. Bununla birlikdə, I və Q yollarının LO sızması və asimmetriya kimi ideal yollar olmadığını nəzərə alsaq, tərs siqnal şəkilləri (ötürülən siqnal aralığında yerləşir) yaranacaq və siqnal səhvləri ilə nəticələnəcəkdir. Çox daşıyıcılı bir ötürücüdə, görüntü siqnalı daşıyıcıya yaxın ola bilər və bant içərisində saxta radiasiyaya səbəb ola bilər. Simsiz ötürücülər bu cür qüsurları kompensasiya etmək üçün çox vaxt kompleks rəqəmsal təhrifdən istifadə edirlər.
Şəkil 1 (D) -də göstərilən RF birbaşa konversiya ötürücüsündə rəqəmsal domendə bir kvadrati demodulator istifadə olunur və LO bir NCO ilə əvəz olunur, beləliklə I və Q kanallarında demək olar ki, mükəmməl simmetriya əldə edilir və əsasən LO sızması yoxdur. Buna görə rəqəmsal modulatorun çıxışı ultra yüksək sürətli DAC-a göndərilən rəqəmsal bir RF daşıyıcısıdır. DAC çıxışı ayrı bir zaman siqnalı olduğundan, DAC saat tezliyinə (CLK) bərabər olan yalnış bir şəkil tezliyi yaranır. BPF, DAC çıxışını süzür, RF daşıyıcısını seçir və sonra dəyişən qazanc gücləndiricisinə (VGA) göndərir.
Yüksək IF ötürücü
RF birbaşa konversiya ötürücüləri, Şəkil 1 (C) də göstərildiyi kimi daha yüksək orta tezlikli rəqəmsal daşıyıcılar yaratmaq üçün bu metodu da istifadə edə bilər. Burada DAC rəqəmsal orta tezliyi analoq orta tezlik daşıyıcısına çevirir. DAC-dan sonra, aralıq tezlikli görüntü tezliyini süzmək üçün band-pass filtrinin tezlik seçmə xüsusiyyətini istifadə edin. Daha sonra, IF siqnalının LO ilə qarışdırıldığı iki yan zolaq yaratmaq üçün lazım olan orta tezlik siqnalı mikserə göndərilir və tələb olunan RF yan bantını əldə etmək üçün başqa bir bant filtri ilə süzülür.
Aydındır ki, RF birbaşa dönüşüm arxitekturası minimal aktiv komponentlər tələb edir. Rəqəmsal quadrature modulatoru və NCO ilə FPGA və ya ASIC analog kvadrat modulator və LO-nu əvəz etmək üçün istifadə olunduğundan, RF birbaşa frekans çevirmə arxitekturası I və Q kanallarının balanssızlıq səhvlərindən və LO sızıntısından yayınır. Bundan əlavə, DAC-ın seçmə dərəcəsi çox yüksək olduğundan, genişzolaqlı siqnalları sintez etmək daha asandır, eyni zamanda filtrasiya tələblərinin yerinə yetirilməsini təmin edir.
Yüksək performanslı DAC, ənənəvi simsiz ötürücünü əvəz etmək üçün RF birbaşa dönüşüm arxitekturası üçün əsas komponentdir. DAC-nin 2GHz və ya daha yüksək bir radio tezlik daşıyıcısı yaratması lazımdır və dinamik performans digər arxitekturalar tərəfindən təmin edilən baza və ya orta tezlik performansına çatmalıdır. MAX5879 belə yüksək performanslı bir DAC-dır.
RF Doğrudan Dönüşüm Vericisini reallaşdırmaq üçün MAX5879 DAC istifadə
MAX5879, 14GHz-dən yüksək çıxış bant genişliyi, ultra aşağı səs-küy və aşağı saxta performansa sahib 2.3 bitlik, 2Gsps RF DAC-dır və RF birbaşa konversiya ötürücüləri üçün nəzərdə tutulmuşdur. Tezlik reaksiyası (şəkil 2) impuls reaksiyasını dəyişdirərək təyin edilə bilər və sıfıra qayıtmayan (NRZ) rejimi ilk Nyquist bandının çıxışı üçün istifadə olunur. RF rejimi ikinci və üçüncü Nyquist bantlarının çıxış gücünə diqqət yetirir. Sıfıra qayıt (RZ) rejimi birdən çox Nyquist bantında düz cavab verir, lakin daha az çıxış gücü. MAX5879 unikal xüsusiyyəti RFZ rejimidir. RFZ rejimi "sıfır doldurma" radio tezliyi rejimidir, bu səbəbdən DAC giriş nümunəsi nisbəti digər rejimlərin yarısıdır. Bu rejim siqnalları aşağı bant genişliyi ilə sintez etmək üçün çox faydalıdır və yüksək səviyyəli Nyquist zolağında yüksək tezlikli siqnallar çıxara bilər. Beləliklə, MAX5879 DAC, nümunə götürmə sürətini aşan, yalnız 2 + GHz analog çıxış bant genişliyi ilə məhdudlaşan modulyasiya edilmiş daşıyıcıları sintez etmək üçün istifadə edilə bilər.
Şəkil 2. MAX5879 DAC-ın seçilə bilən tezlik cavab xüsusiyyətləri. MAX5879 performans testi göstərir ki, 4 daşıyıcı GSM siqnalının intermodulyasiya təhrifi 74MHz-də 940dB-dən çoxdur (şəkil 3); 2.1GHz-də, 4 daşıyıcı WCDMA siqnalının bitişik kanal sızma güc nisbəti (ACLR) 67dB-dir (şəkil 4); 2.6GHz-də, 2 daşıyıcı LTE-nin ACLR-si 65dB-dir (şəkil 5). Bu performansla DAC, çox Nyquist tezlik diapazonundakı müxtəlif rəqəmsal modulyasiya siqnallarının birbaşa rəqəmsal sintezini dəstəkləyə bilər və çox standart, çox zolaqlı simsiz baza stansiyası ötürücüləri üçün ümumi bir avadanlıq kimi istifadə edilə bilər.
Şəkil 3. MAX5879 4 daşıyıcı GSM performans testi, 940MHz və 2.3Gsps (ilk Nyquist bandı).
Şəkil 4. MAX5879 4 daşıyıcı WCDMA performans testi, 2140MHz və 2.3Gsps (ikinci Nyquist bandı).
Şəkil 5. MAX5879 2 daşıyıcı LTE performans testi, 2650MHz və 2.3Gsps (üçüncü Nyquist bandı).
RF birbaşa dönüşüm ötürücü tətbiqi
MAX5879 DAC eyni zamanda Nyquist bandındakı birdən çox daşıyıcı ötürə bilər. Bu funksiya hal-hazırda 50MHz-dən 1000MHz tezlik diapazonuna çoxsaylı QAM modulyasiya edilmiş siqnal göndərmək üçün kabel televiziyasının aşağı keçid ötürülmə linkində istifadə olunur. Bu tətbiq üçün RF birbaşa konversiya ötürücüsü tərəfindən dəstəklənən daşıyıcı sıxlığı digər ötürmə arxitekturalarından 20-30 dəfə çoxdur. Əlavə olaraq, tək bir genişzolaqlı RF birbaşa konversiya ötürücü bir çox simsiz ötürücüyü əvəz etdiyi üçün, kabel televiziyası ön ucunun enerji istehlakı və sahəsi xeyli azalır.
MAX5879 əsaslı RF birbaşa konversiya ötürücüləri genişzolaqlı və yüksək tezlikli çıxış tətbiqetmələrində istifadə edilə bilər. Məsələn, ağıllı telefonların və tablet kompüterlərin populyarlığının artması ilə simsiz baza stansiyaları daha geniş bir tezlik diapazonuna ehtiyac duyur. Şübhə yoxdur ki, bu cür cihazları dəstəkləyən mövcud ötürücülər tədricən yüksək performanslı RF DAC-larına (məsələn, MAX5879) əsaslanan RF birbaşa konversiya ötürücüləri ilə əvəz ediləcəkdir.
cəmləşdirmək
RF DAC əsaslı verici, dinamik performansını itirmədən ənənəvi arxitekturadan çox ötürmə bant genişliyinə malikdir. FPGA və ya ASIC istifadə edilərək tətbiq oluna bilər, beləliklə analoq dördlük modulatorlarına və LO sintezatorlarına ehtiyac aradan qaldırılır və bununla da Cinsi simsiz ötürücülərin etibarlılığı artır. Bu sxem eyni zamanda komponent sayını çox azaldır və əksər hallarda sistemin enerji sərfiyyatını da azaldır.
