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基于近零中频的改善直接变换接收器设计浅析

出处:电子发烧友 发布于:2019-04-03 14:24:15 | 93 次阅读

  无论是用于传输语音还是数据,RF通信链路都是现代生活的基本组成部分。发射器将信息调制到射频,无线电接收器处理接收和解调过程。现代接收器通常将RF信号下变频到基带,在其中对其数字化和进一步处理。从无线电发展的历史上看,接收器使用了超外差(superheterodyne)方式,采用两级或更多级的下变频方式,每一级通常都使信号更接近基带频率,但代价是复杂度增大,包括可能需要非常昂贵且笨重的滤波器,也需要多个本地振荡器,它们可能引入难以滤除的乱真信号响应(spurious responses),这些是超外差技术的  固有问题。
       直接变换是通过将信号从RF频率直接变到基带,从而不再需要中间级的过程,将多级压缩成单级能够使设计更简单。直接变换接收器有时 也称为零中频(IF)接收器,因为IF为0Hz。用于下变频RF信号的本地振荡器与RF信号的频率相同,这显着降低了整体设计的成本。然而,这种技术并非没有挑战,特别是可能易受从各种源产生的DC偏移影响。最大的问题是由于幅度变化的信道外阻塞信号而导致的DC变化,这些变化的DC分量很难被去除,因为它们不容易和有用信号区分开。这在采用TDMA的系统中非常普遍,可导致脉冲信号包络。在相邻的接收器中,这个脉冲包络会通过一个称为二阶互调(second-order intermodulation)的过程产生DC伪影。信号的脉冲速率在DC处非常明显,几乎与信号无法区分。在有用信号较弱时,来自附近发射器的无用信号可能会覆盖有用信号。由于现在使用的许多数字调制方案遵循这种短串脉冲模式,而不是更长的脉冲串或连续传输(例如在FDMA系统中),这个问题会变得更加普遍。
近零中频
        从私人/陆地移动无线电到蜂窝系统,都正在变得越来越多由数字传输主导,接收器暴露于在相同频带中工作的脉冲信号。随着这种趋势的加强,与直接变换相关的直流偏移问题变得更加明显,但仍然需要权衡数字化带来的许多积极影响。借助于CML Microcircuits(CML)提供的解决方案,可以构建出非常受欢迎的设计,即在非常接近基带频率下应用直接变换,在信号带宽内使用非常低的中频(或“近零IF”)。
      例如,对于一个典型的12.5kHz信道系统,IF可以在3~6kHz范围内。 IF越高,对上述问题的抵抗能力就越强。例如,在具有33Hz重复率的DMR之类TDMA系统中,DC处的信号将具有峰值在33Hz谐波处的频谱,虽然这些谐波的幅度在高阶处会衰减,但高次谐波仍然具有足够高的功率而出现问题,因此IF需要足够高才能免受这些谐波的影响。
采用近零中频变换所需的模数转换器带宽略有增加,如果I/Q输出没有平坦的响应,则需要使用数字滤波器来进行滚降补偿(roll-off compensaTIon)。近零中频方法还有一些其他挑战,其中包括在一侧落入相邻信道内的镜像响应(image response),这可能导致相邻信道抑制(channel rejecTIon),例如一侧为65 dB,另一侧仅为30 dB,反过来又可能导致接收器失去某些管控功能。针对该问题有各种各样的解决方案,其基本原理或者是使用某种形式的校准方案,增强镜像抑制,或者使用动态本地振荡器控制来避免有问题的信道(即优化抗干扰性能)。
     处理需要功率
     与直接变换和近零中频相关的问题是软件定义无线电(SDR)架构中所固有的,一种似乎合理的解决方案是针对问题采用更高数字处理能力,但数字处理可能需要大量功率,在一些应用中可能令人望而却步。CML开发的解决方案包括一系列直接变换IC,它们具有非常先进的功能,能够以最低功耗提供最佳结果。其中一款产品是CMX994/A/E,采用了一种名为PowerTrade的专有技术,可用于动态平衡功耗与所需性能。图1显示了基于CMX994系列的典型系统级设计。
放大器,其信号输入到下变频器部分和基带滤波器(见图2)。 该滤波器级在信号放大之前能够去除通道外阻塞信号,然后进一步滤波。CMX994/A/E的差分I/Q输出之后馈入ADC,进而馈入滤波和解调阶段。这种方案是一种高性能直接变换/近零中频变换芯片组,而且针对低功耗运行进行了优化,同时降低了设计复杂性。
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