수년간의 개발 끝에 무선 송신기는 단순한 IF 전송 아키텍처에서 구적 IF 송신기 및 제로 IF 송신기로 점차 전환되었습니다. 그러나 이러한 아키텍처에는 여전히 한계가 있습니다. 최신 RF 직접 변환 송신기는 기존 송신기의 한계를 극복 할 수 있습니다. 이 기사에서는 무선 통신에서 다양한 전송 아키텍처의 특성을 비교합니다. RF 직접 변환 송신기는 고성능 DAC (디지털-아날로그 변환기)를 사용하므로 기존 기술에 비해 분명한 이점이 있습니다. RF 직접 변환 송신기도 자체적 인 문제가 있지만 진정한 소프트웨어 무선 전송 아키텍처를 실현할 수있는 길을 열어줍니다.
14 비트 2.3Gsps MAX5879와 같은 RF DAC는 RF 직접 변환 아키텍처의 핵심 회로입니다. 이 DAC는 1GHz 대역폭 내에서 탁월한 스퓨리어스 및 노이즈 성능을 제공 할 수 있습니다. 이 장치는 두 번째 및 세 번째 나이 퀴 스트 대역에서 혁신적인 디자인을 채택하고 신호 전송을 지원하며 최대 3GHz의 출력 주파수로 무선 주파수 신호를 합성 할 수 있습니다. 측정 결과는 DAC의 성능을 확인합니다.
기존 RF 송신기 아키텍처
지난 수십 년 동안 전통적인 송신기 아키텍처는 로컬 발진기 (LO)와 믹서를 사용하여 중간 주파수 (IF)를 생성하는 슈퍼 헤테로 다인 설계를 달성하는 데 사용되었습니다. 믹서는 일반적으로 LO 근처에 두 개의 이미지 주파수 (측 파대라고 함)를 생성하고 측 파대 중 하나를 필터링하여 유용한 신호를 얻습니다. 최신 무선 전송 시스템, 특히 기지국 (BTS) 송신기는 주로베이스 밴드 디지털 변조 신호에서 I 및 Q 직교 변조를 수행합니다.
0 전통적인 RF 송신기 아키텍처
지난 수십 년 동안 전통적인 송신기 아키텍처는 로컬 발진기 (LO)와 믹서를 사용하여 중간 주파수 (IF)를 생성하는 슈퍼 헤테로 다인 설계를 달성하는 데 사용되었습니다. 믹서는 일반적으로 LO 근처에 두 개의 이미지 주파수 (측 파대라고 함)를 생성하고 측 파대 중 하나를 필터링하여 유용한 신호를 얻습니다. 최신 무선 전송 시스템, 특히 기지국 (BTS) 송신기는 주로베이스 밴드 디지털 변조 신호에서 I 및 Q 직교 변조를 수행합니다.
그림 1. 무선 송신기 아키텍처.
구적 IF 송신기
복합 기저 대역 디지털 신호에는 기저 대역에 I 및 Q의 두 경로가 있습니다. 두 개의 신호 경로를 사용하는 이점은 두 개의 복합 IF 신호를 합성하기 위해 MOD (아날로그 직교 변조기)를 사용할 때 IF 측 대역 중 하나가 제거된다는 것입니다. 그러나 I 및 Q 채널의 비대칭으로 인해 변조기의 이미지 주파수가 완벽하게 오프셋되지 않습니다. 이 구적 IF 아키텍처는 그림 1 (B)에 나와 있습니다. 그림에서 디지털 직교 변조기와 LO NCO (숫자 제어 발진기)를 사용하여 I 및 Q 기저 대역 신호 (계수 R)를 보간하고이를 포지티브 IF 반송파로 변조합니다. 그런 다음 듀얼 DAC는 디지털 I 및 Q IF 반송파를 아날로그 신호로 변환하여 변조기로 보냅니다. 쓸모없는 측 파대를 더 많이 억제하기 위해 시스템은 대역 통과 필터 (BPF)도 사용합니다.
Zero-IF 송신기
그림 1 (A)에 표시된 제로 중간 주파수 (ZIF) 송신기에서베이스 밴드 디지털 직교 신호는 필터링 요구 사항을 충족하기 위해 보간됩니다. 그런 다음 DAC로 전송됩니다. DAC의 쿼드 러처 아날로그 출력은베이스 밴드의 아날로그 쿼드 러처 변조기로도 전송됩니다. 변조 된 전체 신호가 LO 주파수에서 RF 반송파로 변환되기 때문에 ZIF 아키텍처는 실제로 직교 혼합의 "매력"을 강조합니다. 그러나 I 및 Q 경로가 LO 누설 및 비대칭과 같은 이상적인 경로가 아니라는 점을 고려하면 반전 된 신호 이미지 (전송 된 신호 범위 내에 위치)가 생성되어 신호 오류가 발생합니다. 다중 반송파 송신기에서 이미지 신호는 반송파에 가까워 대역 내 스퓨리어스 방사를 유발할 수 있습니다. 무선 송신기는 종종 복잡한 디지털 전치 왜곡을 사용하여 이러한 결함을 보상합니다.
그림 1 (D)에 표시된 RF 직접 변환 송신기에서는 디지털 영역에서 직교 복조기를 사용하고 LO를 NCO로 대체하여 I 및 Q 채널에서 거의 완벽한 대칭을 얻습니다. 기본적으로 LO 누출이 없습니다. 따라서 디지털 변조기의 출력은 초고속 DAC로 전송되는 디지털 RF 반송파입니다. DAC 출력은 이산 시간 신호이므로 DAC 클럭 주파수 (CLK)와 동일한 앨리어싱 이미지 주파수가 생성됩니다. BPF는 DAC 출력을 필터링하고 RF 반송파를 선택한 다음 가변 이득 증폭기 (VGA)로 보냅니다.
High-IF 송신기
RF 직접 변환 송신기는 그림 1 (C)와 같이이 방법을 사용하여 더 높은 중간 주파수 디지털 반송파를 생성 할 수도 있습니다. 여기에서 DAC는 디지털 중간 주파수를 아날로그 중간 주파수 캐리어로 변환합니다. DAC 후 대역 통과 필터의 주파수 선택 특성을 사용하여 중간 주파수 이미지 주파수를 필터링합니다. 그런 다음 필요한 중간 주파수 신호가 믹서로 전송되어 IF 신호가 LO와 혼합되는 XNUMX 개의 측 파대를 생성하고 필요한 RF 측 파대를 얻기 위해 다른 대역 통과 필터에 의해 필터링됩니다.
분명히 RF 직접 변환 아키텍처에는 최소한의 활성 구성 요소가 필요합니다. 디지털 직교 변조기와 NCO가있는 FPGA 또는 ASIC는 아날로그 직교 변조기와 LO를 대체하는 데 사용되기 때문에 RF 직접 주파수 변환 아키텍처는 I 및 Q 채널의 불균형 오류와 LO 누설을 방지합니다. 또한 DAC의 샘플링 속도가 매우 높기 때문에 광대역 신호를 합성하는 것이 더 쉽고 필터링 요구 사항을 충족 할 수 있습니다.
고성능 DAC는 기존 무선 송신기를 대체하는 RF 직접 변환 아키텍처의 핵심 구성 요소입니다. DAC는 최대 2GHz 이상의 무선 주파수 캐리어를 생성해야하며 동적 성능은 다른 아키텍처에서 제공하는베이스 밴드 또는 중간 주파수 성능에 도달해야합니다. MAX5879는 그러한 고성능 DAC입니다.
MAX5879 DAC를 사용하여 RF 직접 변환 송신기 구현
MAX5879는 14GHz 이상의 출력 대역폭, 초 저잡음 및 낮은 스퓨리어스 성능을 갖춘 2.3 비트, 2Gsps RF DAC이며 RF 직접 변환 송신기 용으로 설계되었습니다. 주파수 응답 (그림 2)은 임펄스 응답을 변경하여 설정할 수 있으며 첫 번째 Nyquist 대역 출력에는 NRZ (non-return-to-zero) 모드가 사용됩니다. RF 모드는 두 번째 및 세 번째 Nyquist 대역의 출력 전력에 중점을 둡니다. RZ (Return-to-zero) 모드는 여러 Nyquist 대역에서 평탄한 응답을 제공하지만 출력 전력은 낮습니다. MAX5879의 고유 한 기능은 RFZ 모드입니다. RFZ 모드는 "제로 필"무선 주파수 모드이므로 DAC 입력 샘플링 속도는 다른 모드의 절반입니다. 이 모드는 낮은 대역폭의 신호를 합성하는 데 매우 유용하며 고차 Nyquist 대역에서 고주파 신호를 출력 할 수 있습니다. 따라서 MAX5879 DAC는 2 + GHz 아날로그 출력 대역폭에 의해서만 제한되는 샘플링 속도를 초과하는 변조 된 반송파를 합성하는 데 사용할 수 있습니다.
그림 2. MAX5879 DAC의 선택 가능한 주파수 응답 특성. MAX5879 성능 테스트는 4 반송파 GSM 신호의 상호 변조 왜곡이 74MHz에서 940dB 이상임을 보여줍니다 (그림 3). 2.1GHz에서 4- 캐리어 WCDMA 신호의 ACLR (인접 채널 누설 전력비)은 67dB입니다 (그림 4). 2.6GHz에서 2- 캐리어 LTE의 ACLR은 65dB입니다 (그림 5). 이러한 성능의 DAC는 다중 나이 퀴 스트 주파수 대역에서 다양한 디지털 변조 신호의 직접 디지털 합성을 지원할 수 있으며 다중 표준, 다중 대역 무선 기지국 송신기의 공통 하드웨어로 사용할 수 있습니다.
그림 3. MAX5879 4 캐리어 GSM 성능 테스트, 940MHz 및 2.3Gsps (최초의 나이 퀴 스트 대역).
그림 4. MAX5879 4 캐리어 WCDMA 성능 테스트, 2140MHz 및 2.3Gsps (두 번째 Nyquist 대역).
그림 5. MAX5879 2 캐리어 LTE 성능 테스트, 2650MHz 및 2.3Gsps (세 번째 Nyquist 대역).
RF 직접 변환 송신기 애플리케이션
MAX5879 DAC는 또한 Nyquist 대역에서 동시에 여러 반송파를 전송할 수 있습니다. 이 기능은 현재 케이블 TV의 다운 링크 전송 링크에서 50MHz ~ 1000MHz 주파수 대역에서 여러 QAM 변조 신호를 전송하는 데 사용됩니다. 이 애플리케이션의 경우 RF 직접 변환 송신기가 지원하는 캐리어 밀도는 다른 전송 아키텍처의 20-30 배입니다. 또한 단일 광대역 RF 직접 변환 송신기가 여러 무선 송신기를 대체하기 때문에 케이블 TV 프런트 엔드의 전력 소비와 면적이 크게 감소합니다.
MAX5879 기반의 RF 직접 변환 송신기는 광대역 및 고주파 출력 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 예를 들어 스마트 폰과 태블릿 컴퓨터의 인기가 높아지면서 무선 기지국에는 더 넓은 주파수 대역이 필요합니다. 이러한 장치를 지원하는 현재 송신기가 고성능 RF DAC (예 : MAX5879)에 기반한 RF 직접 변환 송신기로 점차 대체 될 것이라는 데는 의심의 여지가 없습니다.
요약하기
RF DAC 기반 송신기는 동적 성능 손실없이 기존 아키텍처를 훨씬 뛰어 넘는 전송 대역폭을 제공합니다. FPGA 또는 ASIC를 사용하여 구현할 수 있으므로 아날로그 쿼드 러처 변조기 및 LO 신디사이저가 필요하지 않으므로 무선 송신기 Sex의 신뢰성이 향상됩니다. 이 체계는 또한 구성 요소 수를 크게 줄이며 대부분의 경우 시스템 전력 소비도 줄입니다.
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