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零中频接收机的问题以及设计解决方案

零中频接收机的问题以及设计解决方案

点击数:7118 次   录入时间:03-04 11:36:41   整理:http://www.55dianzi.com   综合通信技术

    怎样解决零中频接收机的直流偏置问题呢?最简单的方案是采用交流耦合的方式,比如加一个高通滤波器,然而随机二进制数据的频谱在DC会呈现出一个峰值,很多仿真证明,为了不恶化信号,高通滤波器的频率截止点必须低于数据速率的0.1%, 如果是GSM信号,其数据速率为200K,这要要求滤波器的截止频率为200Hz左右,这样小的值会导致,1:如果直流偏置变化,其响应会非常慢,2:需要非常大的电容和电阻, 解决的办法是采用在直流附近最小化信号能量的调制方式,比如UMTS制式的BPSK调制方式。

    另外一种常用的方法是通过算法校准的方式消除直流偏置,如图五所示的架构是TI(德州仪器)的盲校算法,通过计算122.88MHz时钟周期的直流偏置量,每1.067ms输入信号实时抵消直流偏置。

    直流累加

     

     

    更新直流偏置

     

     

    直流偏置更新统计

     

     

    直流偏置补偿



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    TI的盲校算法可以在全温范围内把直流偏置校准到低于+/-5mV以内,图六是基于TRF3711的实测试结果。

     

     

    2.2. 3 I/Q不平衡(I/Q imbalance)

    对于大多数相频调制信号,采用零中频架构要求I/Q两路信号必须是正交,可以采用射频偏移90图七(a)度或者Lo偏移90度度的方式图七(b),偏移RF信号需要承担严重的噪声-功率-增益间的平衡,通常采用偏移Lo的方式实现正交解调,对于I/Q两路信号的相位,幅度不平衡都会导致解调信号的星座图恶化。

     

     

    图七:正交生成在 RF(a),Lo(b)

    为了更好理解I/Q不平衡对信号的影响,设定输入信号为Xin(t)=acosωct+bsinωct, a和b可以任意为+1或者-1,假设I/Q两路相位是相等的,即:

     

     

    和θ代表指增益和相位差,输入信号分别乘以Lo的两个相位,加上低通滤波器,可以得到如下结果。

     

     

    图8(a),(b)分别在星座图中标示了增益不平衡和相位不平衡的情况,为了更直观的说明I/Q不平衡的影响,在时域图进行分析,图(c)是增益不平衡造成幅度的比例因子不同,而图(d)是相位不平衡造成了一个通道的部分脉冲数据恶化另一通道的数据,但是相对镜像信号(实中频)而言,边带信号(复中频)的影响非常小。

     

     

    虽然相较镜像信号的影响,I/Q不平衡的影响没有非常显着; 同样需要对I/Q不平衡信号做处理,除了在硬件上尽量保证I/Q两路信号的幅度一直和相位平衡外,通常会采用算法进行校准,TI(德州仪器)的盲校算法可以校准到近20dB的改善 (此处不详细描述具体的算法过程)。

     

     

    图九:I/Q 盲校结果

    2.2. 4 偶次谐波(even harmonIC)

    传统的超外差架构对只是对奇次谐波敏感,而零中频接收机则对偶次谐波非常敏感,简单举例,传统的高中频方案,设主信号中频为100MHz,两个干扰信号f1=110MHz,f2=120MH 在,三次谐波2f1-f2=100MHz, 2f2-f1=130MHz,他们离主信号都很近,而偶次谐波f1-f2,f1+f2等都离主信号很远,从而能够非常容易滤除,所以对零中频架构而言,偶次谐波影响就非常严重,通常以IIP2来定义偶此谐波,相比奇次谐波,偶次谐波的功率更大,而且不像奇次谐波,可以通过频率规划来规避它,而偶次谐波可以产生于任何高功率的调制干扰信号,没有办法通过频率规划来避免。如图十示。

    怎样抑制偶次谐波呢?简单的方法就是采用差分LNA和混频器,但有两个问题需要注意,首先,天线和双工器都是单端的,所以需要单端到差分的转换,比如加变压器,由于通常其会有几个dB损耗,会引入几个dB的系统噪声,其次,差分的LNA需要更高的功耗。

     

     

    2.3 TI 零中频方案实现

    TI发布的零中频接收机TRF3711,集成了宽带的解调器,中频PGA,可调带宽滤波器,自适应的直流校准模块,以及ADC驱动放大器,配合TI的盲校算法,外接LNA模块,就可以实现在基站上的应用 (除了MC-GSM外的应用)。

     

     

    图十二,十三,是基于20MHz OFDM信号的实测结果,显示TRF3711完全能够满足宽带信号的基站应用。

     

     

     

    3、总结

    零中频接收机天然具有易集成,低功耗,低成本等特点,但是由于其自身的技术特点,零中频接收机还没有在基站系统中广泛的应用,本方案详细分析了零中频接收机的技术难点,以及相应的解决办法,结合TI零中频接收机方案TRF3711的测试结果,证明了零中频接收机在宽带系统中依然是可是实现的。



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