Sau vài năm phát triển, máy phát vô tuyến đã dần chuyển đổi từ kiến trúc truyền IF đơn giản sang máy phát IF vuông góc và máy phát IF bằng không. Tuy nhiên, những kiến trúc này vẫn có những hạn chế. Máy phát chuyển đổi trực tiếp RF mới nhất có thể khắc phục những hạn chế của máy phát truyền thống. Bài viết này so sánh các đặc điểm của các kiến trúc truyền dẫn khác nhau trong truyền thông không dây. Máy phát chuyển đổi trực tiếp RF sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự (DAC) hiệu suất cao, có những ưu điểm rõ ràng so với các công nghệ truyền thống. Máy phát chuyển đổi trực tiếp RF cũng có những thách thức riêng, nhưng nó mở đường cho việc hiện thực hóa một kiến trúc truyền dẫn vô tuyến phần mềm thực sự.
RF DAC, chẳng hạn như 14-bit 2.3Gsps MAX5879, là mạch chủ chốt của kiến trúc chuyển đổi trực tiếp RF. DAC này có thể cung cấp hiệu suất nhiễu và tạp âm tuyệt vời trong băng thông 1GHz. Thiết bị áp dụng thiết kế sáng tạo ở dải Nyquist thứ hai và thứ ba, hỗ trợ truyền tín hiệu và có thể tổng hợp tín hiệu tần số vô tuyến với tần số đầu ra lên đến 3GHz. Kết quả đo xác minh hiệu suất của DAC.
Kiến trúc bộ phát RF truyền thống
Trong vài thập kỷ qua, kiến trúc máy phát truyền thống đã được sử dụng để đạt được thiết kế superheterodyne, sử dụng bộ dao động cục bộ (LO) và bộ trộn để tạo ra tần số trung gian (IF). Bộ trộn thường tạo ra hai tần số hình ảnh (được gọi là dải bên) gần LO và thu được tín hiệu hữu ích bằng cách lọc ra một trong các dải bên. Các hệ thống truyền dẫn không dây hiện đại, đặc biệt là các máy phát trạm gốc (BTS), hầu hết thực hiện điều chế cầu phương I và Q trên các tín hiệu điều chế số băng gốc.
0 Kiến trúc bộ phát RF truyền thống
Trong vài thập kỷ qua, kiến trúc máy phát truyền thống đã được sử dụng để đạt được thiết kế superheterodyne, sử dụng bộ dao động cục bộ (LO) và bộ trộn để tạo ra tần số trung gian (IF). Bộ trộn thường tạo ra hai tần số hình ảnh (được gọi là dải bên) gần LO và thu được tín hiệu hữu ích bằng cách lọc ra một trong các dải bên. Các hệ thống truyền dẫn không dây hiện đại, đặc biệt là các máy phát trạm gốc (BTS), hầu hết thực hiện điều chế cầu phương I và Q trên các tín hiệu điều chế số băng gốc.
Hình 1. Kiến trúc bộ phát không dây.
Máy phát IF cầu phương
Tín hiệu kỹ thuật số băng gốc phức tạp có hai đường dẫn trong băng gốc: I và Q. Ưu điểm của việc sử dụng hai đường tín hiệu là khi sử dụng bộ điều chế cầu phương tương tự (MOD) để tổng hợp hai tín hiệu IF phức tạp, một trong các dải bên IF bị loại bỏ. Tuy nhiên, do sự không đối xứng của kênh I và Q, tần số hình ảnh của bộ điều chế sẽ không được bù trừ hoàn toàn. Kiến trúc IF vuông góc này được thể hiện trong Hình 1 (B). Trong hình, một bộ điều chế cầu phương kỹ thuật số và bộ dao động điều khiển bằng số LO (NCO) được sử dụng để nội suy các tín hiệu băng gốc I và Q (hệ số R) và điều chế chúng thành sóng mang Hand over IF tích cực. Sau đó, DAC kép chuyển đổi các sóng mang I và Q IF kỹ thuật số thành tín hiệu tương tự và gửi chúng đến bộ điều chế. Để tăng cường khả năng triệt tiêu các dải biên vô dụng, hệ thống cũng sử dụng bộ lọc thông dải (BPF).
Máy phát Zero-IF
Trong máy phát tần số trung gian không (ZIF) được thể hiện trong Hình 1 (A), tín hiệu số vuông góc băng gốc được nội suy để đáp ứng các yêu cầu lọc; sau đó nó được gửi đến DAC. Đầu ra tương tự cầu phương của DAC cũng được gửi đến bộ điều chế cầu phương tương tự ở băng tần cơ sở. Bởi vì toàn bộ tín hiệu được điều chế được chuyển đổi thành sóng mang RF ở tần số LO, kiến trúc ZIF thực sự làm nổi bật "nét duyên dáng" của trộn cầu phương. Tuy nhiên, xét rằng các đường dẫn I và Q không phải là đường dẫn lý tưởng, chẳng hạn như rò rỉ LO và không đối xứng, hình ảnh tín hiệu ngược (nằm trong phạm vi của tín hiệu truyền) sẽ được tạo ra, dẫn đến lỗi tín hiệu. Trong máy phát nhiều sóng mang, tín hiệu hình ảnh có thể gần sóng mang, gây ra bức xạ giả trong băng. Các máy phát không dây thường sử dụng phần trước kỹ thuật số phức tạp để bù đắp cho những khiếm khuyết đó.
Trong máy phát chuyển đổi trực tiếp RF thể hiện trong Hình 1 (D), một bộ giải điều chế vuông góc được sử dụng trong miền kỹ thuật số và LO được thay thế bằng NCO, do đó đối xứng gần như hoàn hảo thu được trong các kênh I và Q, và có về cơ bản không có rò rỉ LO. Do đó, đầu ra của bộ điều chế kỹ thuật số là sóng mang RF kỹ thuật số, được gửi đến DAC tốc độ cực cao. Vì đầu ra DAC là một tín hiệu thời gian rời rạc, một tần số hình ảnh bí danh bằng tần số xung nhịp DAC (CLK) được tạo ra. BPF lọc đầu ra DAC, chọn sóng mang RF, sau đó gửi nó đến bộ khuếch đại khuếch đại có thể thay đổi (VGA).
Máy phát IF cao
Máy phát chuyển đổi trực tiếp RF cũng có thể sử dụng phương pháp này để tạo ra sóng mang kỹ thuật số tần số trung gian cao hơn, như trong Hình 1 (C). Tại đây, DAC chuyển đổi tần số trung gian kỹ thuật số thành một sóng mang tần số trung gian tương tự. Sau DAC, sử dụng đặc tính lựa chọn tần số của bộ lọc thông dải để lọc ra tần số hình ảnh tần số trung gian. Sau đó, tín hiệu tần số trung gian cần thiết được gửi đến bộ trộn để tạo ra hai dải bên trong đó tín hiệu IF được trộn với LO và được lọc bởi một bộ lọc thông dải khác để thu được dải bên RF cần thiết.
Rõ ràng, kiến trúc chuyển đổi trực tiếp RF yêu cầu các thành phần hoạt động tối thiểu. Bởi vì FPGA hoặc ASIC với bộ điều chế cầu phương kỹ thuật số và NCO được sử dụng để thay thế bộ điều chế cầu phương tương tự và LO, nên kiến trúc chuyển đổi tần số trực tiếp RF tránh được lỗi mất cân bằng của các kênh I và Q và rò rỉ LO. Ngoài ra, do tốc độ lấy mẫu của DAC rất cao nên việc tổng hợp tín hiệu băng thông rộng trở nên dễ dàng hơn mà vẫn đảm bảo đáp ứng các yêu cầu lọc.
DAC hiệu suất cao là thành phần quan trọng của kiến trúc chuyển đổi trực tiếp RF nhằm thay thế thiết bị phát không dây truyền thống. DAC cần tạo ra sóng mang tần số vô tuyến lên đến 2GHz hoặc cao hơn, và hiệu suất động phải đạt đến hiệu suất băng tần cơ sở hoặc tần số trung gian do các kiến trúc khác cung cấp. MAX5879 là một DAC hiệu suất cao.
Sử dụng MAX5879 DAC để hiện thực hóa máy phát chuyển đổi trực tiếp RF
MAX5879 là DAC RF 14 bit, 2.3Gsps với băng thông đầu ra lớn hơn 2GHz, độ nhiễu cực thấp và hiệu suất giả thấp và được thiết kế cho các máy phát chuyển đổi trực tiếp RF. Đáp ứng tần số của nó (Hình 2) có thể được thiết lập bằng cách thay đổi đáp ứng xung của nó và chế độ không trở về không (NRZ) được sử dụng cho đầu ra băng tần Nyquist đầu tiên. Chế độ RF tập trung vào công suất đầu ra của dải Nyquist thứ hai và thứ ba. Chế độ trở về không (RZ) cung cấp phản hồi phẳng ở nhiều dải Nyquist, nhưng công suất đầu ra thấp hơn. Tính năng độc đáo của MAX5879 là chế độ RFZ. Chế độ RFZ là chế độ tần số vô tuyến "không lấp đầy", do đó, tốc độ lấy mẫu đầu vào DAC bằng một nửa so với các chế độ khác. Chế độ này rất hữu ích để tổng hợp các tín hiệu có băng thông thấp hơn và có thể xuất tín hiệu tần số cao trong dải Nyquist bậc cao. Vì vậy, MAX5879 DAC có thể được sử dụng để tổng hợp các sóng mang được điều chế vượt quá tốc độ lấy mẫu của nó, chỉ bị giới hạn bởi băng thông đầu ra tương tự 2 + GHz.
Hình 2. Đặc tính đáp ứng tần số có thể lựa chọn của DAC MAX5879. Thử nghiệm hiệu suất MAX5879 cho thấy độ méo xuyên điều chế của tín hiệu GSM 4 sóng mang lớn hơn 74dB ở 940MHz (Hình 3); ở 2.1GHz, tỷ lệ công suất rò kênh lân cận (ACLR) của tín hiệu WCDMA 4 sóng mang là 67dB (Hình 4); ở tốc độ 2.6GHz, ACLR của LTE 2 sóng mang là 65dB (Hình 5). DAC với hiệu suất này có thể hỗ trợ tổng hợp kỹ thuật số trực tiếp các tín hiệu điều chế kỹ thuật số khác nhau trong dải tần đa Nyquist và có thể được sử dụng như một phần cứng chung cho các máy phát trạm gốc không dây đa tiêu chuẩn, đa băng tần.
Hình 3. Thử nghiệm hiệu suất 5879 sóng mang GSM MAX4, 940MHz và 2.3Gsps (băng tần Nyquist đầu tiên).
Hình 4. Thử nghiệm hiệu suất WCDMA 5879 sóng mang MAX4, 2140MHz và 2.3Gsps (băng tần Nyquist thứ hai).
Hình 5. Thử nghiệm hiệu suất LTE 5879 sóng mang MAX2, 2650MHz và 2.3Gsps (băng tần Nyquist thứ ba).
Ứng dụng máy phát chuyển đổi trực tiếp RF
MAX5879 DAC cũng có thể truyền đồng thời nhiều sóng mang trong băng tần Nyquist. Chức năng này hiện được sử dụng trong liên kết truyền dẫn đường xuống của truyền hình cáp để gửi nhiều tín hiệu được điều chế QAM trong dải tần từ 50MHz đến 1000MHz. Đối với ứng dụng này, mật độ sóng mang được hỗ trợ bởi bộ phát chuyển đổi trực tiếp RF gấp 20-30 lần so với các kiến trúc truyền dẫn khác. Ngoài ra, do một bộ phát chuyển đổi trực tiếp RF băng thông rộng duy nhất thay thế nhiều bộ phát không dây, nên mức tiêu thụ điện năng và diện tích của mặt trước truyền hình cáp được giảm đáng kể.
Máy phát chuyển đổi trực tiếp RF dựa trên MAX5879 có thể được sử dụng cho các ứng dụng đầu ra băng thông rộng và tần số cao. Ví dụ, với sự phổ biến ngày càng tăng của điện thoại thông minh và máy tính bảng, các trạm gốc không dây sẽ yêu cầu dải tần rộng hơn. Không còn nghi ngờ gì nữa, các máy phát hiện tại hỗ trợ các thiết bị như vậy sẽ dần được thay thế bằng các máy phát chuyển đổi trực tiếp RF dựa trên các DAC RF hiệu suất cao (chẳng hạn như MAX5879).
tóm lại
Bộ phát dựa trên DAC RF có băng thông truyền vượt xa kiến trúc truyền thống mà không làm giảm hiệu suất động. Nó có thể được thực hiện bằng cách sử dụng FPGA hoặc ASIC, loại bỏ sự cần thiết của bộ điều biến cầu phương tương tự và bộ tổng hợp LO, do đó cải thiện độ tin cậy của bộ truyền không dây Sex. Sơ đồ này cũng làm giảm đáng kể số lượng các thành phần và trong hầu hết các trường hợp, cũng giảm mức tiêu thụ điện năng của hệ thống.
sản phẩm khác của chúng tôi:
