Наименование Артикул Цена Скидка К-во Стоимость
{$description} {$articul} {$price} {$sum} 1
Всего: ${quantity} ${sum}
Корзина заказов:
Ваша корзина пуста



11. Обоснование параметров радиочастотной части передатчика видео

на главную Статьи ЧАО «Рокс» 11. Обоснование параметров радиочастотной части передатчика видео

11. Обоснование параметров радиочастотной части передатчика видео

11.1. Структурная схема

Для соответствия требованиям стандартов 802.16 радиочастотная часть передатчика может быть построена по трем возможным схемам: супергетеродинной схеме, схеме прямой оцифровки низкой ПЧ или схеме с нулевой ПЧ.
На частотах 2,31-2,7 ГГц схема прямого преобразования привлекательна по следующим причинам:
-современные синтезаторы и модуляторы IQ имеют на этих частотах достаточно хорошие параметры,
-при прямом преобразовании образуется меньше паразитных продуктов,
-требуются менее сложные фильтры, что особенно важно при работе с широкополосными сигналами
-наконец, в схемах модуляции с множеством поднесущих, таких как WiMAX OFDM, важным является уменьшение количества гетеродинов. Наличие большого количества поднесущих в сигнцию весьма чувстфазовым шумом гетеродина.
В более низких полосах частот построить передатчик по схеме прямого преобразования еще проще, поскольку здесь получить хорошие параметры от квадратурных модуляторов и гетеродинов легче.

11.2. Реализация передатчика

11.2.1. Генерация сигнала основной полосы

При обработке широкополосных сигналов OFDM очень важны параметры ЦАП. Отношение сигнала к шуму (SNR) и частота квантования определяют спектральную чистоту и качество модулирующего сигнала, который предназначен для управления квадратурным модулятором IQ. Разрешение ЦАП должно быть таким, чтобы обеспечить достаточный динамический диапазон, который соответствовал бы спектральной маске при максимальной выходной мощности и EVM при самых низких уровнях мощности. Например, для 64 QAM 3/4 OFDM требуется отношение сигнал/шум, равное 31,4 дБ + запас, даже при минимальной выходной мощности в антенне. Требуемое для данного проекта отношение сигнал/шум составляет 60 дБ или лучше. Таким образом, потребуется 14-битовый ЦАП, способный обеспечить отношение сигнал/шум большее, чем 70 дБ.
В любых системах, где применяется WiMAX, выбор частоты квантования диктуется максимальной полосой модулированного сигнала. Так сложный сигнал OFDM с полосой 10 МГц требует частоты квантования не менее 20 МГц. Тем не менее, все являющиеся результатом процесса квантования зеркальные частоты будут иметь величину N*20 МГц (N> 0), что приводит к недопустимой ширине полосы на RF, которая будет значительно большей, чем 20 МГц. Все эти частоты должны быть подавлены внешним реконструирующим фильтром.
Выбор микросхемы ЦАП с интегрированным интерполирующим фильтром помогает снизить требования к внешнему реконструирующему фильтру. Для этой архитектуры при обновлении цифровых данных TX с частотой 20 МГц, умножающий на 4 интерполирующий фильтр, эффективно увеличивает общую частоту квантования до 80 МГц. С другой стороны, в результате такого увеличения частоты квантования относительные уровни зеркальных частот N*Fs также уменьшаются.

В этом случае внешний подавляющий продукты дискретизации фильтр нижних частот может иметь относительно низкий порядок. Фильтры Бесселя являются идеальными для этой цели вследствие малой неравномерности групповой задержки, плоской АЧХ и ограниченных искажений в полосе. Порядок фильтра выбирается в зависимости от о подавлентования 80 МГц измеренные уровни зеркальных частот были –33второй зеркальной частоты. Противопомеховый фильтр нижних частот третьего порядка с частотой отсечки по уровню 3 дБ, равной 8 МГц, обеспечивает подавление на 50 дБ на частоте 80 МГц, снижая при квантовании уровень сигналов зеркальных частот до -80 дБн.

11.2.2. Повышающий преобразователь

Повышающий модулятора с фиксированным усилением. Коэффициент PAR ет достигать 1качества спектра на выходе модулятора должно быть определсигналов I и Q. Используемый в этой схеме мододной мощности 0 дБм при размахе напряжения 1,2 В для входов I и Q. Кроме того, точка компрессии на 1 дБ относительно этой величины обеспечивает оптимальные параметры спектра для сигнала OFDM, так же как и уровень входного сигнала на дифференциальных входах относительно смещения по постоянному току для модулятора IQ с размахом приблизительно 750 мВ. Для схем модуляции, таких как OFDM, очень важно исправить неточности модуляторатры EVM. Рассогласование по амплитуде и фазе между I и Q сигналами, а также нетооставляющими сигнала LO в пределах модулятора IQ, приводят к нежелательному появлению верхней зеркальной частоты LO+BB в случае, когда требуемый сигнал будет ЦАП предназначен для формирования сложных выходных сигналов, то хорошее подавление зеркальных частот на выходе модулятора особенно важно, так как эти помехи попадают в желательный канал. Неточность позиции по фазе нельзя легко скомпенсиросогласованко за счет независимой регулировки усиления на выходах ЦАП.
В этом проекте, схема ЦАП должна включать в себя функцию калибровки усиления, которая предполагает изменение выходных токов I и Q канало (+/-4 ее чем на 50 дБн обязано гарантировать хорошие параметры EVM, так что эта цепь регулирования усиления с запасом отвечает всем требованиям стандартов.

11.2.3. Гетеродин
Поскольку в передатчике используется модуляция на нулевой ПЧ, а частота гетеродина равна центральной частоте радиоканала, то самой подходящей схемой генерации сигнала гетеродина будет схема на основе петли ФАПЧ (PLL) с дробным N. Совокупность таких параметров, как фазовый шум на рабочей частоте, шаг перестройки частоты и время установления частоты приводит к выбору архитектуры гетеродина в виде синтезатора частот. При преобразовании вверх по частоте, в результате смешивания каждой из N поднесущих WiMAX OFDM сигнала с сигналом гетеродина, фазовый шум добавляется к каждой из них (рисунок 9).
Из-за наличия большего числа поднесущих в пределах заданной полосы пропускания канала, интервал между несущими для системы WiMAX является намного более узким по сравнению с интервалом в системах Wi-Fi стандарта 802.11. Например, для полосы

пропускания канала 20 МГц интервал между несущими в 802.11 равен 385 КГц, что заметно больше, чем 78 КГц для 802.16d. Для полосы канала 2,5 МГц этот интервал будет равен 9,75 КГц. В этом случае интегральная ошибка фазы в пределах сигнчто непосредственно способствует деградации EVM. Хоть символ OFDомогают приемнику отследить и удалить большую часть произведенного гетеродином фазового шума вблизи несущей, стандарт все же требует, чтобы в передающей антенне был обеспечен достаточный EVM.

Синтезаторам с дробным N присущ лучший фазовый шум по сравнению с синтезаторами с целочисленным N. С их помощью может быть получен мелкий шаг пере использовании более высокой частоты сравнения, что помогает снизить общий фазовый шум. При шаге перестройки по частоте 125 КГц с помощью синтезатора с дробным N

Типичное значение среднеквадратичной ошибки по фазе, вызванной фазовым шумом, для таких синтезаторов может быть меньше или равно 0,5 град., что удовлетворительно для данного применения. В этой конкретной системе схемкания в режиме замкнутой петли приблизительно 5 КГц. Для WiMAX OFDM сигнала с полосой 2,5 МГц продолжительность символа равна 6,4 мксек, что соответствует интервалуФАПЧ должна быть преднамеренно разработана более медленной по отношению к продолжительности символа, и удалена в пределах демодулятора за счет компенсирующего алгоритма на основе пилот-сигнала. Для применений с TDD и без скачков частоты время захвата ФАПЧ не настолько важно, так как передатчик и приемник работают на одной и той же частоте канала. Поэтому проектирование быстрой широкополосной петли ФАПЧ не требуется. На рисунке 10 показаны расчетные параметры фазового шума замкнутой петли.
Фазовый шум в полосе замкнутой петли ФАПЧ равен -95 дБн/Гц, а среднеквадратичная ошибка фазы - только 0,35 град., что эквивалентно величине EVM 0,6%.

11.3. Регулировка мощности и квадратичное детектирование мощности

Поскольку системы WiMAX могут использоваться в применениях, которые предполагают отсутствие «прямой видимости», для того, чтобы добиться соответствия уровня выходной мощности TX качеству канала передачи, требуется управление выходной мощностью передатчика.
Усилитель с АРМ должен иметь большой линейный диапазон регулировки при низких искажениях сигнала и шумах. В большинстве случаев регулировка усиления достигается с использованием системы замкнутой петли АРМ, включающей линейный детектор мощности. Это помогает сохранять линейность амплитудной характеристики АРМ. Единственный усилитель с АРМ в схеме передатчика должен обеспечивать требуемый диапазон регулировки мощности. Выбранная для этой цели микросхема должна поддерживать диапазон регулировки мощности 50 дБ, от -35 дБ до +15 дБ.
С целью быстрой регулировки мощности среднеквадратичный детектор мощности реализует самую подходящую функцию для измерения среднеквадратичного уровня мощности непостоянной огибающей модулированного сигнала с переменным отношением пиковой мощности к средней. Он обычно измеряет уровень сигнала на выходе усилителя мощности через направленный ответвитель с низкими потерями. Используемый здесь детектор является высокой точности широкополосным квадратичным детектором, преобразующим действующее значение мощности сигнала в постоянное напряжение. Он достигает диапазона детектирования 40дБ (при несимметричном входном сигнале) и 60 дБ (при дифференциальном входном сигнале).

11.4. Ожидаемые параметры системы

Для оценки ожидаемых параметров передатчика в целом для каждой из определенных здесь главных функций предполагалось использование отдельных микросхем Analog Devices, а именно:
-два ЦАП от 12-битового входного процессора смешанного сигнала AD9862,
-квадратурный модулятор в полосе от 700 МГц до 2,7ГГц AD8349,
-синтезатор частот на основе ФАПЧ ADF4153,
-усилитель в полосе от 1МГц до 3ГГц с регулируемым усилением ADL5330,
-детектор мощности в полосе от 50 Гц до 2,7ГГц AD8362.

Параметры EVM для полной цепи сигнала как функция усиления АРМ или общего уровня выходной мощности даны на рисунке 11. Используемая в данном проекте схема ФАПЧ с дробным N имеет полную ошибку по фазе за счет фазового шума, которая равна 0,35 град. Она ухудшает EVM всей системы на 0,2 %. Качество спектра весьма хорошее для уровней выходной мощности до 0 дБм.

На рисунке 12 показана спектральная маска, определяемая стандартом 802.16d. Частоты f1, f2 и f3 зависят от ширины полосы канала и для полосы 2,5МГц равны:

Расчетный выходной сигнал соответствовал маске WiBro с запасом более чем на 15 дБ при уровне выходного сигнала –3 дБм. Совокупность расчетных параметров демонстрирует, что схема прямого преобразования вполне жизнеспособна и вполне соответствует системным требованиям на частоте 2,5 ГГц.

Выводы. В качестве оптимальной для нашей системы выбираем схему передатчика прямого преобразования, который при минимальной сложности и стоимости полностью обеспечивает все требования, предъявляемые стандартом 802.16, в том числе удовлетворяет маске для передатчиков WiBro. Расчетные параметры, полученные при анализе схемы, подтверждают правильность выбора схемы с точки зрения выполнения функций регулировки выходной мощности и перестройки по частоте. Радиочастотная схема передатчика должна состоять из таких компонентов:
- высококачественного 14-разрядного сдвоенного ЦАП;
- дополнительных пассивных LC реконструирующих фильтров по I/Q составляющим;
- высокоточного широкополосного квадратурного модулятора;
- синтезатора с дробным N;
- эффективной (с глубиной регулировки 50дБ) схемы АРМ;
- специального усилителя мощности для работы с PARP не менее 6 дБ;
- высокостабильного детектора проходящей мощности с диапазоном не менее 40дБ.



 




mediasat

search_ch



вверх
Рокс © 2007—2020. Спутниковое телевидение. Все права защищены