正交解调器简化直接转换接收器系统设计
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:453
与以往相比，下一代无线系统的基站接收器必须以更低的成本实现更高的性能。而直接转换接收器正是解决这对矛盾的理想方案。虽然这个方案在过去也曾被用于不同的设计中，但其性能受到包括解调器在内的现有硬件的限制。幸运的是，随着商用集成电路（ic）正交解调器性能的改善，使直接转换接收器设计成为传统超外差接收器架构之外的另一可行的选择方案。
想要更好地理解直接转换的优势，只要通过与超外差系统的接收器方案进行比较就一目了然了（图1）。超外差系统接收器方案因其高选择性和灵敏性而被普遍采用。在超外差接收器中，接收到的rf信号先经首个rf预选滤波器滤除频段外的信号，然后通过低噪声放大器（lna）放大。位于lna输出端的第二个rf预选滤波器提供额外的过滤以削弱镜频中的干扰信号。通过将降频转换混频器与本机振荡器（lo）相联，处理过的信号被转换成较低的中频（if）。if必须足够高才能使镜像频道降至滤波器的停止频段内。出于对镜频抑制的考虑，if应为载波频率的10% 附近。rf预选滤波器能去除频段外能量，拒绝镜像频段信号。超外差接收器在if和基带级执行频道过滤功能，对这些元器件提出非常高的动态范围要求。
针对基站的超外差接收器，固定增益lna常被用于接收信号的最初放大。包括噪声在内的整个通带频率转换成固定if。虽然仍需要一个高lo功率（大于+10dbm）来驱动这一混频器，但为了降频转换，无源（二极管）混频器还是最常用以满足高线性和低噪声动态范围要求的混频器。由于无源混频器的典型特点是lo至if的隔离性差，这使得接收器if部分的lo过滤变得复杂化。在混频器的if输出端，有用信号频道处于if频道选择滤波器的中心位置，此滤波器用于去除无用的相邻频道或相隔频道。
紧随if频道选择滤波器之后，可用频道经可变增益放大器放大后，解调到基带中进行信号处理。高品质因数（q）的if频道选择滤波器让可用信号顺利通过，将包括振幅较大的备用频道信号在内的无用信号排除在外。然而，这样的选择滤波器非常昂贵，不合理地提高了超外差接收器的成本。此外，高q滤波器的插入损耗通常很高，需要lna和混频器级的额外增益以抵销滤波器损耗和降低vga噪声指数。
由于在基站接收器中lna增益固定，混频器必须达到很高的线性度才能满足系统严格的动态范围要求。此外，if频道选择滤波器拥有能精确调整到所需频道带宽的频率响应功能。if频道选择滤波器的不灵活性限制了接收硬件，使后者只能适应单一的rf标准。由于无线通信标准的多样性，新型接收系统必须在用于支持某一种标准的有限成本预算下，实现无缝有效地支持不同标准。
直接转换接收器架构能实现超外差设计的目标，但结构远不需要像后者那么复杂（见图2）。在这一系统中，接收的信号经过首个rf预选滤波器后，由固定增益lna放大。随后，rf信号直接降频转换成同相（i）和正交（q）基带信号而无需加入if级。由于没有镜频，二次rf预选过滤的要求无需像第一次那么严格。实际上，价格便宜的rf带通滤波器能阻止频段外的强信号使i/q解调器超负载。[如果没有这个滤波器，强频段外信号将导致带内二阶和三阶交调份量，结果产生符号相互干扰（isi）]。当 rf 信号解调到基带后，单个频道选择通过采用基带频道选择滤波器实现。基带滤波器比超外差接收器的if频道选择滤波器更加紧凑和廉价。此外，基带频道选择滤波器能根据不同的带宽进行设计，适用于多模式和多标准操作。
幸运的是，凌特公司lt5515和lt5516 i/q解调器是现有为数不多并能提供这类性能的经济型产品。这两款ic均集成了rf信号分离器、精确正交lo信号分配器和两个高线性度下变频混频器的功能。这些芯片能直接将rf信号降频转换到基带，解调同相（i）和正交（q）信号成份。它们匹配的i和q频道以确保精确增益和相位匹配，以致很大程度上减少了校准的需求。lt5515的工作范围是1.5到2.5ghz，lt5516则能处理0.8到1.5ghz范围内的rf输入信号。这些芯片还在每条i和q频道上集成单极点260mhz带宽的低通滤波器 (见表格1) 。
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与以往相比，下一代无线系统的基站接收器必须以更低的成本实现更高的性能。而直接转换接收器正是解决这对矛盾的理想方案。虽然这个方案在过去也曾被用于不同的设计中，但其性能受到包括解调器在内的现有硬件的限制。幸运的是，随着商用集成电路（ic）正交解调器性能的改善，使直接转换接收器设计成为传统超外差接收器架构之外的另一可行的选择方案。 想要更好地理解直接转换的优势，只要通过与超外差系统的接收器方案进行比较就一目了然了（图1）。超外差系统接收器方案因其高选择性和灵敏性而被普遍采用。在超外差接收器中，接收到的rf信号先经首个rf预选滤波器滤除频段外的信号，然后通过低噪声放大器（lna）放大。位于lna输出端的第二个rf预选滤波器提供额外的过滤以削弱镜频中的干扰信号。通过将降频转换混频器与本机振荡器（lo）相联，处理过的信号被转换成较低的中频（if）。if必须足够高才能使镜像频道降至滤波器的停止频段内。出于对镜频抑制的考虑，if应为载波频率的10% 附近。rf预选滤波器能去除频段外能量，拒绝镜像频段信号。超外差接收器在if和基带级执行频道过滤功能，对这些元器件提出非常高的动态范围要求。 针对基站的超外差接收器，固定增益lna常被用于接收信号的最初放大。包括噪声在内的整个通带频率转换成固定if。虽然仍需要一个高lo功率（大于+10dbm）来驱动这一混频器，但为了降频转换，无源（二极管）混频器还是最常用以满足高线性和低噪声动态范围要求的混频器。由于无源混频器的典型特点是lo至if的隔离性差，这使得接收器if部分的lo过滤变得复杂化。在混频器的if输出端，有用信号频道处于if频道选择滤波器的中心位置，此滤波器用于去除无用的相邻频道或相隔频道。 紧随if频道选择滤波器之后，可用频道经可变增益放大器放大后，解调到基带中进行信号处理。高品质因数（q）的if频道选择滤波器让可用信号顺利通过，将包括振幅较大的备用频道信号在内的无用信号排除在外。然而，这样的选择滤波器非常昂贵，不合理地提高了超外差接收器的成本。此外，高q滤波器的插入损耗通常很高，需要lna和混频器级的额外增益以抵销滤波器损耗和降低vga噪声指数。 由于在基站接收器中lna增益固定，混频器必须达到很高的线性度才能满足系统严格的动态范围要求。此外，if频道选择滤波器拥有能精确调整到所需频道带宽的频率响应功能。if频道选择滤波器的不灵活性限制了接收硬件，使后者只能适应单一的rf标准。由于无线通信标准的多样性，新型接收系统必须在用于支持某一种标准的有限成本预算下，实现无缝有效地支持不同标准。 幸运的是，凌特公司lt5515和lt5516 i/q解调器是现有为数不多并能提供这类性能的经济型产品。这两款ic均集成了rf信号分离器、精确正交lo信号分配器和两个高线性度下变频混频器的功能。这些芯片能直接将rf信号降频转换到基带，解调同相（i）和正交（q）信号成份。它们匹配的i和q频道以确保精确增益和相位匹配，以致很大程度上减少了校准的需求。lt5515的工作范围是1.5到2.5ghz，lt5516则能处理0.8到1.5ghz范围内的rf输入信号。这些芯片还在每条i和q频道上集成单极点260mhz带宽的低通滤波器 (见表格1) 。
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