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根据近零中频的改进直接改换接收器规划浅析

基于近零中频的改善直接变换接收器设计浅析-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。

无论是用于传输语音仍是数据,RF通讯链路都是现代生活的根本组成部分。发射器将信息调制到射频,无线电接纳器处理接纳宽和调进程。现代接纳器一般将RF信号下变频到基带,在其间对其数字化和进一步处理。从无线电开展的历史上看,接纳器运用了超外差(superheterodyne)办法,选用两级或更多级的下变频办法,每一级一般都使信号更挨近基带频率,但价值是杂乱度增大,包含或许需求十分贵重且粗笨的滤波器,也需求多个本地振荡器,它们或许引进难以滤除的乱真信号呼应(spurious responses),这些是超外差技能的固有问题。

直接改换是经过将信号从RF频率直接变到基带,然后不再需求中间级的进程,将多级紧缩成单级可以使规划更简略。直接改换接纳器有时也称为零中频(IF)接纳器,由于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,这显着降低了全体规划的本钱。但是,这种技能并非没有应战,特别是或许易受从各种源发生的DC偏移影响。最大的问题是由于起伏改变的信道外堵塞信号而导致的DC改变,这些改变的DC重量很难被去除,由于它们不容易和有用信号区别隔。这在选用TDMA的体系中十分遍及,可导致脉冲信号包络。在相邻的接纳器中,这个脉冲包络会经过一个称为二阶互调(second-order intermodulation)的进程发生DC伪影。信号的脉冲速率在DC处十分显着,简直与信号无法区别。在有用信号较弱时,来自邻近发射器的无用信号或许会掩盖有用信号。由于现在运用的许多数字调制计划遵从这种短串脉冲方式,而不是更长的脉冲串或接连传输(例如在FDMA体系中),这个问题会变得愈加遍及。

近零中频

从私家/陆地移动无线电到蜂窝体系,都正在变得越来越多由数字传输主导,接纳器露出于在相同频带中作业的脉冲信号。跟着这种趋势的加强,与直接改换相关的直流偏移问题变得愈加显着,但依然需求权衡数字化带来的许多积极影响。借助于CML Microcircuits(CML)供给的处理计划,可以构建出十分受欢迎的规划,即在十分挨近基带频率下运用直接改换,在信号带宽内运用十分低的中频(或“近零IF”)。

例如,关于一个典型的12.5kHz信道体系,IF可以在3~6kHz范围内。 IF越高,对上述问题的反抗才能就越强。例如,在具有33Hz重复率的DMR之类TDMA体系中,DC处的信号将具有峰值在33Hz谐波处的频谱,尽管这些谐波的起伏在高阶处会衰减,但高次谐波依然具有满足高的功率而出现问题,因此IF需求满足高才能免受这些谐波的影响。

选用近零中频改换所需的模数转换器带宽略有添加,假如I/Q输出没有平整的呼应,则需求运用数字滤波器来进行滚降补偿(roll-off compensaTIon)。近零中频办法还有一些其他应战,其间包含在一侧落入相邻信道内的镜像呼应(image response),这或许导致相邻信道按捺(channel rejecTIon),例如一侧为65 dB,另一侧仅为30 dB,反过来又或许导致接纳器失掉某些管控功用。针对该问题有各式各样的处理计划,其根本原理或许是运用某种方式的校准计划,增强镜像按捺,或许运用动态本地振荡器操控来防止有问题的信道(即优化抗搅扰功用)。

处理需求功率

与直接改换和近零中频相关的问题是软件界说无线电(SDR)架构中所固有的,一种好像合理的处理计划是针对问题选用更高数字处理才能,但数字处理或许需求很多功率,在一些运用中或许令人望而生畏。CML开发的处理计划包含一系列直接改换IC,它们具有十分先进的功用,可以以最低功耗供给最佳成果。其间一款产品是CMX994/A/E,选用了一种名为PowerTrade的专有技能,可用于动态平衡功耗与所需功用。图1显现了根据CMX994系列的典型体系级规划。

根据近零中频的改进直接改换接纳器规划浅析

图1:根据CMX994的体系级规划示例。

CXM994系列中的一切器材在输入端都有一个低噪声扩大器,其信号输入到下变频器部分和基带滤波器(见图2)。 该滤波器级在信号扩大之前可以去除通道外堵塞信号,然后进一步滤波。CMX994/A/E的差分I/Q输出之后馈入ADC,从而馈入滤波宽和调阶段。这种计划是一种高功用直接改换/近零中频改换芯片组,并且针对低功耗运转进行了优化,一起降低了规划杂乱性。

根据近零中频的改进直接改换接纳器规划浅析

图2:CMX994系列器材功用框图。

完美的处理计划

由于这些体系的“后端”一般在数字域中运转,因此一种引诱是持续运用处理周期以完成最高功用。实际上,处理周期需求支付相应功耗的价值,也应考虑开发的时刻和本钱。CML在直接改换和近零中频改换体系开发方面具有丰厚的经历,经过检查空中接口的特定方面,并评价怎么运用这些技能来处理问题,因此,确认问题是首先要做的第一步。

这其间触及运用那些搅扰信号来丈量成果以真实辨认问题所在。当然,最终方针是彻底免受搅扰。在初次开端进行接纳机规划时,近零中频正在成为一种十分有用的办法。

经过精心规划和很好地挑选其他RF模块(例如本地振荡器),CMX994E可以获得与根据传统超外差技能的无线电体系适当的抗搅扰功用,一起依然可获益于直接改换或近零中频改换的许多优势,例如,可以防止超外差技能所固有的乱真信号呼应和杂乱性问题。

无线电体系的最终方针是完成一个可以具有一切高品质因数的处理计划,包含功用、本钱、尺度、灵活性和功率。运用来自CML等专业供货商的专用芯片组可以协助完成该方针,由于这些处理计划可以处理直接改换规划流程存在的问题。

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