Na een aantal jaren van ontwikkeling zijn radiozenders geleidelijk overgegaan van een eenvoudige IF-transmissiearchitectuur naar kwadratuur-IF-zenders en nul-IF-zenders. Deze architecturen hebben echter nog steeds beperkingen. De nieuwste RF directe conversiezender kan de beperkingen van traditionele zenders overwinnen. Dit artikel vergelijkt de kenmerken van verschillende transmissiearchitecturen in draadloze communicatie. De directe RF-conversiezender maakt gebruik van een hoogwaardige digitaal-naar-analoog-omzetter (DAC), die duidelijke voordelen heeft ten opzichte van traditionele technologieën. De RF directe conversiezender heeft ook zijn eigen uitdagingen, maar het effent de weg voor de realisatie van een echte software-architectuur voor radiotransmissie.
RF DAC, zoals 14-bit 2.3Gsps MAX5879, is het belangrijkste circuit van de architectuur voor directe RF-conversie. Deze DAC kan uitstekende stoor- en ruisprestaties leveren binnen een bandbreedte van 1 GHz. Het apparaat heeft een innovatief ontwerp in de tweede en derde Nyquist-banden, ondersteunt signaaloverdracht en kan radiofrequentiesignalen synthetiseren met een uitgangsfrequentie tot 3 GHz. De meetresultaten verifiëren de prestaties van de DAC.
Traditionele RF-zenderarchitectuur
In de afgelopen decennia is de traditionele zenderarchitectuur gebruikt om een superheterodyne ontwerp te bereiken, met behulp van lokale oscillator (LO) en mixer om middenfrequentie (IF) te genereren. De mixer genereert gewoonlijk twee beeldfrequenties (zijbanden genoemd) nabij de LO, en verkrijgt een bruikbaar signaal door een van de zijbanden weg te filteren. Moderne draadloze transmissiesystemen, vooral basisstation (BTS) zenders, voeren meestal I- en Q-kwadratuurmodulatie uit op digitale basisbandmodulatiesignalen.
0Traditionele RF-zenderarchitectuur
In de afgelopen decennia is de traditionele zenderarchitectuur gebruikt om een superheterodyne ontwerp te bereiken, met behulp van lokale oscillator (LO) en mixer om middenfrequentie (IF) te genereren. De mixer genereert gewoonlijk twee beeldfrequenties (zijbanden genoemd) nabij de LO, en verkrijgt een bruikbaar signaal door een van de zijbanden weg te filteren. Moderne draadloze transmissiesystemen, vooral basisstation (BTS) zenders, voeren meestal I- en Q-kwadratuurmodulatie uit op digitale basisbandmodulatiesignalen.
Figuur 1. Architectuur van draadloze zender.
Kwadratuur IF-zender
Het complexe digitale basisbandsignaal heeft twee paden in de basisband: I en Q. Het voordeel van het gebruik van twee signaalpaden is dat bij gebruik van een analoge kwadratuurmodulator (MOD) om twee complexe IF-signalen te synthetiseren, een van de IF-zijbanden wordt geëlimineerd. Vanwege de asymmetrie van de I- en Q-kanalen zal de beeldfrequentie van de modulator echter niet perfect worden gecompenseerd. Deze kwadratuur IF-architectuur wordt getoond in Figuur 1 (B). In de figuur worden een digitale kwadratuurmodulator en LO numeriek gestuurde oscillator (NCO) gebruikt om de I- en Q-basisbandsignalen (coëfficiënt R) te interpoleren en te moduleren naar een positieve Hand over IF-draaggolf. Vervolgens zet de dubbele DAC de digitale I- en Q-IF-draaggolven om in analoge signalen en stuurt deze naar de modulator. Om de onderdrukking van nutteloze zijbanden verder te vergroten, gebruikt het systeem ook een banddoorlaatfilter (BPF).
Zero-IF-zender
In de nul middenfrequentie (ZIF) zender getoond in figuur 1 (A), wordt het digitale basisbandkwadratuursignaal geïnterpoleerd om te voldoen aan de filtervereisten; dan wordt het naar de DAC gestuurd. De analoge kwadratuuruitvoer van de DAC wordt ook naar de analoge kwadratuurmodulator op de basisband gestuurd. Omdat het volledige gemoduleerde signaal wordt geconverteerd naar een RF-draaggolf op de LO-frequentie, benadrukt de ZIF-architectuur echt de "charme" van kwadratuurmenging. Aangezien de I- en Q-paden echter geen ideale paden zijn, zoals LO-lekkage en asymmetrie, worden geïnverteerde signaalbeelden (binnen het bereik van het verzonden signaal) gegenereerd, wat resulteert in signaalfouten. Bij een zender met meerdere draaggolven kan het beeldsignaal zich dicht bij de draaggolf bevinden, waardoor in-band storende straling wordt veroorzaakt. Draadloze zenders gebruiken vaak complexe digitale voorvervorming om dergelijke defecten te compenseren.
In de RF directe conversiezender getoond in figuur 1 (D), wordt een kwadratuurdemodulator gebruikt in het digitale domein en wordt de LO vervangen door een NCO, zodat een bijna perfecte symmetrie wordt verkregen in de I- en Q-kanalen, en er is eigenlijk geen LO-lekkage. Daarom is de output van de digitale modulator een digitale RF-draaggolf, die naar de ultrasnelle DAC wordt gestuurd. Aangezien de DAC-uitgang een discreet tijdsignaal is, wordt een gealiaste beeldfrequentie gegenereerd die gelijk is aan de DAC-klokfrequentie (CLK). De BPF filtert de DAC-uitgang, selecteert de RF-draaggolf en stuurt deze vervolgens naar de versterker met variabele versterking (VGA).
Hoge IF-zender
Zenders met directe RF-conversie kunnen deze methode ook gebruiken om digitale draaggolven met een hogere middenfrequentie te genereren, zoals weergegeven in afbeelding 1 (C). Hier zet de DAC de digitale middenfrequentie om in een analoge middenfrequentiedraaggolf. Gebruik na de DAC de frequentieselectiekarakteristiek van het banddoorlaatfilter om de beeldfrequentie van de middenfrequentie eruit te filteren. Vervolgens wordt het vereiste middenfrequentiesignaal naar de mixer gestuurd om twee zijbanden te genereren waar het IF-signaal wordt gemengd met de LO, en gefilterd door een ander banddoorlaatfilter om de vereiste RF-zijband te verkrijgen.
Het is duidelijk dat de architectuur voor directe RF-conversie minimale actieve componenten vereist. Omdat FPGA of ASIC met digitale kwadratuurmodulator en NCO worden gebruikt om analoge kwadratuurmodulator en LO te vervangen, vermijdt de architectuur voor directe RF-frequentieomzetting de onbalansfout van I- en Q-kanalen en LO-lekkage. Omdat de bemonsteringsfrequentie van de DAC erg hoog is, is het bovendien gemakkelijker om breedbandsignalen te synthetiseren, terwijl ervoor wordt gezorgd dat aan de filtervereisten wordt voldaan.
De krachtige DAC is een belangrijk onderdeel van de architectuur voor directe RF-conversie ter vervanging van de traditionele draadloze zender. De DAC moet een radiofrequentiedraaggolf tot 2 GHz of hoger genereren, en de dynamische prestaties moeten de basisband- of middenfrequentieprestaties van andere architecturen bereiken. MAX5879 is zo'n krachtige DAC.
MAX5879 DAC gebruiken om RF Direct Conversion Transmitter te realiseren
De MAX5879 is een 14-bit, 2.3Gsps RF DAC met een outputbandbreedte van meer dan 2 GHz, ultralage ruis en lage storende prestaties, en is ontworpen voor RF directe conversiezenders. De frequentierespons (Figuur 2) kan worden ingesteld door de impulsresponsie te wijzigen, en de non-return-to-zero (NRZ) -modus wordt gebruikt voor de eerste Nyquist-banduitgang. De RF-modus richt zich op het uitgangsvermogen van de tweede en derde Nyquist-banden. De return-to-zero (RZ) -modus biedt een vlakke respons in meerdere Nyquist-banden, maar een lager uitgangsvermogen. Het unieke kenmerk van MAX5879 is de RFZ-modus. De RFZ-modus is een "nulvul" radiofrequentiemodus, dus de bemonsteringssnelheid van de DAC-invoer is de helft van andere modi. Deze modus is erg handig voor het synthetiseren van signalen met een lagere bandbreedte en kan hoogfrequente signalen uitvoeren in de Nyquist-band van hoge orde. Dus de MAX5879 DAC kan worden gebruikt om gemoduleerde draaggolven te synthetiseren die de bemonsteringsfrequentie overschrijden, alleen beperkt door de 2 + GHz analoge uitgangsbandbreedte.
Afbeelding 2. Selecteerbare frequentieresponskenmerken van de MAX5879 DAC. MAX5879-prestatietest toont aan dat de intermodulatievervorming van het 4-dragers GSM-signaal groter is dan 74dB bij 940 MHz (Figuur 3); bij 2.1 GHz is de lekstroomverhouding (ACLR) van het aangrenzende kanaal van het WCDMA-signaal met 4 dragers 67 dB (Figuur 4); bij 2.6 GHz is de ACLR van LTE met 2 dragers 65 dB (Figuur 5). De DAC met deze prestatie kan de directe digitale synthese van verschillende digitale modulatiesignalen in de multi-Nyquist-frequentieband ondersteunen en kan worden gebruikt als een algemene hardware voor multi-standaard, multi-band draadloze basisstationzenders.
Afbeelding 3. MAX5879 4-carrier GSM-prestatietest, 940 MHz en 2.3 Gsps (eerste Nyquist-band).
Afbeelding 4. MAX5879 4-carrier WCDMA-prestatietest, 2140 MHz en 2.3 Gsps (tweede Nyquist-band).
Afbeelding 5. MAX5879 2-carrier LTE-prestatietest, 2650 MHz en 2.3 Gsps (derde Nyquist-band).
RF directe conversie zender applicatie
De MAX5879 DAC kan ook meerdere draaggolven tegelijkertijd in de Nyquist-band verzenden. Deze functie wordt momenteel gebruikt in de downlink-transmissieverbinding van kabeltelevisie om meerdere QAM-gemoduleerde signalen in de frequentieband 50 MHz tot 1000 MHz te verzenden. Voor deze toepassing is de draaggolfdichtheid die wordt ondersteund door de directe RF-conversiezender 20-30 keer die van andere transmissiearchitecturen. Bovendien, omdat een enkele breedband RF directe conversiezender meerdere draadloze zenders vervangt, worden het stroomverbruik en de oppervlakte van de voorkant van de kabel-tv aanzienlijk verminderd.
RF directe conversiezenders op basis van MAX5879 kunnen worden gebruikt voor breedband- en hoogfrequente uitgangstoepassingen. Met de toenemende populariteit van smartphones en tabletcomputers zullen draadloze basisstations bijvoorbeeld een bredere frequentieband nodig hebben. Het lijdt geen twijfel dat de huidige zenders die dergelijke apparaten ondersteunen geleidelijk zullen worden vervangen door zenders met directe RF-conversie op basis van hoogwaardige RF DAC's (zoals MAX5879).
op te sommen
De op RF DAC gebaseerde zender heeft een transmissiebandbreedte die veel verder gaat dan de traditionele architectuur zonder verlies van dynamische prestaties. Het kan worden geïmplementeerd met behulp van FPGA of ASIC, waardoor er geen behoefte is aan analoge kwadratuurmodulatoren en LO-synthesizers, waardoor de betrouwbaarheid van draadloze zenders Sex wordt verbeterd. Dit schema vermindert ook aanzienlijk het aantal componenten en in de meeste gevallen vermindert het energieverbruik van het systeem.
Onze andere producten:
