Després de diversos anys de desenvolupament, els transmissors de ràdio han passat gradualment de l'arquitectura de transmissió IF simple a transmissors IF de quadratura i transmissors IF zero. Tot i això, aquestes arquitectures encara tenen limitacions. El darrer transmissor de conversió directa de RF pot superar les limitacions dels transmissors tradicionals. Aquest article compara les característiques de diferents arquitectures de transmissió en comunicacions sense fils. El transmissor de conversió directa de RF utilitza un convertidor digital-analògic (DAC) d’altes prestacions, que té avantatges evidents respecte a les tecnologies tradicionals. El transmissor de conversió directa de RF també té els seus propis reptes, però obre el camí per a la realització d’una autèntica arquitectura de transmissió de ràdio de programari.
El DAC RF, com ara el MAX14 de 2.3Gsps de 5879 bits, és el circuit clau de l’arquitectura de conversió directa de RF. Aquest DAC pot proporcionar un excel·lent rendiment espuri i de soroll dins d’un ample de banda d’1 GHz. El dispositiu adopta un disseny innovador a la segona i tercera banda de Nyquist, admet la transmissió de senyals i pot sintetitzar senyals de radiofreqüència amb una freqüència de sortida de fins a 3GHz. Els resultats de la mesura verificen el rendiment del DAC.
Arquitectura tradicional de transmissors de RF
Durant les darreres dècades, s’ha utilitzat l’arquitectura tradicional del transmissor per aconseguir un disseny superheterodí, mitjançant l’ús d’oscil·ladors locals (LO) i mescladors per generar freqüència intermèdia (IF). El mesclador generalment genera dues freqüències d’imatge (anomenades bandes laterals) a prop de la LO i obté un senyal útil filtrant una de les bandes laterals. Els sistemes de transmissió sense fils moderns, especialment els transmissors d’estacions base (BTS), realitzen principalment modulació de quadratura I i Q en senyals de modulació digital de banda base.
0 Arquitectura tradicional del transmissor de RF
Durant les darreres dècades, s’ha utilitzat l’arquitectura tradicional del transmissor per aconseguir un disseny superheterodí, mitjançant l’ús d’oscil·ladors locals (LO) i mescladors per generar freqüència intermèdia (IF). El mesclador generalment genera dues freqüències d’imatge (anomenades bandes laterals) a prop de la LO i obté un senyal útil filtrant una de les bandes laterals. Els sistemes de transmissió sense fils moderns, especialment els transmissors d’estacions base (BTS), realitzen principalment modulació de quadratura I i Q en senyals de modulació digital de banda base.
Figura 1. Arquitectura del transmissor sense fils.
Transmissor IF de quadratura
El senyal digital de banda base complexa té dos camins a la banda base: I i Q. L’avantatge d’utilitzar dos camins de senyal és que quan s’utilitza un modulador de quadratura analògica (MOD) per sintetitzar dos senyals IF complexes, s’elimina una de les bandes laterals IF. No obstant això, a causa de la asimetria dels canals I i Q, la freqüència de la imatge del modulador no serà perfectament compensada. Aquesta arquitectura IF de quadratura es mostra a la figura 1 (B). A la figura, s’utilitza un modulador de quadratura digital i un oscil·lador de control numèric LO (NCO) per interpolar els senyals de banda base I i Q (coeficient R) i modular-los a portadors de Hand over IF positius. A continuació, el DAC dual converteix els portadors digitals I i Q IF en senyals analògics i els envia al modulador. Per tal d’augmentar encara més la supressió de bandes laterals inútils, el sistema també utilitza un filtre passabanda (BPF).
Transmissor zero-IF
Al transmissor de freqüència intermèdia zero (ZIF) que es mostra a la figura 1 (A), el senyal de quadratura digital de banda base s’interpola per complir els requisits de filtratge; després s’envia al DAC. La sortida analògica de quadratura del DAC també s’envia al modulador de quadratura analògica de la banda base. Com que tot el senyal modulat es converteix en un portador de RF a la freqüència LO, l’arquitectura ZIF realça realment el “encant” de la mescla de quadratura. Tanmateix, tenint en compte que els camins I i Q no són camins ideals, com ara fuites LO i asimetria, es generaran imatges de senyal invertides (situades dins del rang del senyal transmès), que donaran lloc a errors de senyal. En un transmissor multi-portador, el senyal d’imatge pot estar a prop del portador, provocant radiació espúria a la banda. Els transmissors sense fils solen utilitzar una complexa predistorsió digital per compensar aquests defectes.
En el transmissor de conversió directa de RF que es mostra a la figura 1 (D), s’utilitza un demodulador de quadratura en el domini digital i l’LO se substitueix per un NCO, de manera que s’obté una simetria gairebé perfecta als canals I i Q, i hi ha bàsicament, no hi ha fuites de LO. Per tant, la sortida del modulador digital és un portador de RF digital, que s’envia al DAC d’alta velocitat. Com que la sortida de DAC és un senyal de temps discret, es genera una freqüència d'imatge aliasitzada igual a la freqüència de rellotge de DAC (CLK). El BPF filtra la sortida DAC, selecciona la portadora de RF i, a continuació, l'envia a l'amplificador de guany variable (VGA).
Transmissor d'alta IF
Els transmissors de conversió directa de RF també poden utilitzar aquest mètode per generar portadors digitals de freqüència intermèdia més alta, com es mostra a la figura 1 (C). Aquí, el DAC converteix la freqüència intermèdia digital en una portadora de freqüència intermèdia analògica. Després del DAC, utilitzeu la característica de selecció de freqüència del filtre de pas de banda per filtrar la freqüència de la imatge de freqüència intermèdia. A continuació, el senyal de freqüència intermèdia requerit s'envia al mesclador per generar dues bandes laterals on el senyal IF es barreja amb el LO i es filtra mitjançant un altre filtre de pas de banda per obtenir la banda lateral de RF necessària.
Viouslybviament, l’arquitectura de conversió directa de RF requereix components actius mínims. Com que FPGA o ASIC amb modulador de quadratura digital i NCO s’utilitzen per substituir el modulador de quadratura analògica i LO, l’arquitectura de conversió de freqüència directa de RF evita l’error de desequilibri dels canals I i Q i la fuga de LO. A més, com que el percentatge de mostreig del DAC és molt alt, és més fàcil sintetitzar senyals de banda ampla, tot assegurant-se que es compleixen els requisits de filtratge.
El DAC d’alt rendiment és un component clau per a l’arquitectura de conversió directa de RF per substituir el transmissor sense fils tradicional. El DAC ha de generar una portadora de radiofreqüència de fins a 2 GHz o superior i el rendiment dinàmic ha d’arribar al rendiment de la banda base o de la freqüència intermèdia proporcionada per altres arquitectures. MAX5879 és un DAC d’alt rendiment.
Utilització de MAX5879 DAC per realitzar un transmissor de conversió directa de RF
El MAX5879 és un DAC RF de 14 bits i 2.3 Gsps amb un ample de banda de sortida superior a 2 GHz, un soroll ultra baix i un rendiment espuri baix, i està dissenyat per a transmissors de conversió directa de RF. La seva resposta de freqüència (Figura 2) es pot configurar canviant la seva resposta d’impuls i el mode de no retorn a zero (NRZ) s’utilitza per a la primera sortida de banda de Nyquist. El mode RF es centra en la potència de sortida de la segona i tercera banda de Nyquist. El mode de retorn a zero (RZ) proporciona una resposta plana en diverses bandes de Nyquist, però amb una potència de sortida inferior. La característica única de MAX5879 és el mode RFZ. El mode RFZ és un mode de radiofreqüència "d'ompliment zero", de manera que la freqüència de mostreig d'entrada DAC és la meitat de la resta de modes. Aquest mode és molt útil per sintetitzar senyals amb un ample de banda inferior i pot emetre senyals d'alta freqüència a la banda Nyquist d'ordre alt. Per tant, el MAX5879 DAC es pot utilitzar per sintetitzar portadores modulades que superin la seva freqüència de mostreig, només limitades per l’amplada de banda de sortida analògica de 2 + GHz.
Figura 2. Característiques de resposta de freqüència seleccionables del MAX5879 DAC. La prova de rendiment MAX5879 mostra que la distorsió de la intermodulació del senyal GSM de 4 portadores és superior a 74 dB a 940 MHz (Figura 3); a 2.1 GHz, la relació de potència de fuita del canal adjacent (ACLR) del senyal WCDMA de 4 portadores és de 67 dB (Figura 4); a 2.6 GHz, l'ACLR de 2 portadores LTE és de 65 dB (Figura 5). El DAC amb aquest rendiment pot admetre la síntesi digital directa de diversos senyals de modulació digital a la banda de freqüències multi-Nyquist i es pot utilitzar com a maquinari comú per a transmissors d’estacions de base sense fils multi-estàndard i multibanda.
Figura 3. Prova de rendiment GSM de 5879 portadores MAX4, 940 MHz i 2.3 Gsps (primera banda de Nyquist).
Figura 4. Prova de rendiment WCDMA de 5879 portadores MAX4, 2140 MHz i 2.3 Gsps (segona banda de Nyquist).
Figura 5. Prova de rendiment LTE de 5879 portadores MAX2, 2650 MHz i 2.3 Gsps (tercera banda de Nyquist).
Aplicació transmissora de conversió directa RF
El MAX5879 DAC també pot transmetre múltiples portadors de la banda Nyquist simultàniament. Aquesta funció s’utilitza actualment a l’enllaç de transmissió d’enllaç descendent de la televisió per cable per enviar múltiples senyals modulats QAM a la banda de freqüència de 50 MHz a 1000 MHz. Per a aquesta aplicació, la densitat de portadora admesa pel transmissor de conversió directa de RF és 20-30 vegades superior a la d'altres arquitectures de transmissió. A més, com que un únic transmissor de conversió directa de banda ampla de RF substitueix diversos transmissors sense fils, el consum d’energia i l’àrea del frontal de TV per cable es redueixen considerablement.
Els transmissors de conversió directa de RF basats en MAX5879 es poden utilitzar per a aplicacions de sortida de banda ampla i alta freqüència. Per exemple, amb la creixent popularitat dels telèfons intel·ligents i les tauletes, les estacions base sense fils requeriran una banda de freqüència més àmplia. No hi ha dubte que els transmissors actuals que admeten aquests dispositius seran substituïts gradualment per transmissors de conversió directa de RF basats en DAC RF d’alt rendiment (com ara MAX5879).
per concloure
El transmissor basat en DAC RF té un ample de banda de transmissió molt més enllà de l’arquitectura tradicional sense pèrdues de rendiment dinàmic. Es pot implementar mitjançant FPGA o ASIC, eliminant la necessitat de moduladors de quadratura analògics i sintetitzadors LO, millorant així la fiabilitat dels transmissors sense fils Sex. Aquest esquema també redueix considerablement el nombre de components i, en la majoria dels casos, també redueix el consum d'energia del sistema.
El nostre altre producte:
