理论教育 无线电带通采样结构配置分析

无线电带通采样结构配置分析

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:与其他带通采样无线电相比,显然这个结构的射频模块结构更为简单。基于直接采样射频的无线电结构也称为数字直接变频器。图6.30带通采样结构无线电的模块图双工器在全双工收发机中起着重要的作用,它也是接收机的前级选择器。基带I/Q信号通过一个低通滤波器,进一步抑制接近期望信号的干扰。图6.31超外差式接收机的带通采样运用带通采样结构中的关键部分是模数转换器和数模转换器。

无线电带通采样结构配置分析

全双工收发机(如CDMA收发机)中的带通采样结构模块图在图6.30中给出。在本图中,接收机和发射机都使用了谐波采样来将载波频率从射频转换到低中频或反之亦然,需要合适的低中频避免混叠,并且中频应该足够低以便进行数字信号处理。与其他带通采样无线电相比,显然这个结构的射频模块结构更为简单。基于直接采样射频的无线电结构也称为数字直接变频器

图6.30 带通采样结构无线电的模块图

双工器在全双工收发机中起着重要的作用,它也是接收机的前级选择器。接收机的前端由两级组成,其中增益可调的低噪声放大器用来得到较低的噪声系数和一定的增益控制范围,射频带通声表面波滤波器用来抑制带外干扰和降低混叠噪声。在CDMA接收机中,射频声表面波滤波器放在第一个低噪声放大器之后进一步抑制传输泄漏并减少单频干扰在载波附近的交调(来自后级的三阶非线性)。从减少欠采样模数转换器输出混叠噪声的观点出发,最好将射频声表面波滤波器放在模数转换器之前。但是,由于调制射频信号欠采样的谐波阶数通常并不高(2~5阶),低噪声放大器2的增益只有15 dB左右,使射频声表面波滤波器和低噪声放大器2并不会使模数转换器输出的信噪比提高太多。但是,在射频声表面波滤波器之前所设置的两个低噪声放大器将显著地降低CDMA接收机中单频的钝化

对滤波和放大后,的射频信号进行采样,频率为接收到信号载波频率的1/3或1/4。之后模拟射频信号在CDMA接收机中变频到几MHz的低中频数字信号。低中频数字信号均分为两束,之后与一对正交数字LO信号混合井分别产生基带I/Q信号,将基带I/Q信号低通滤波并等待进一步处理。正交下变频和低通滤波可以通过数字信号处理实现。在此结构中,在模拟部分没有信道滤波器,数字低通滤波器起到信道滤波的作用。这要求模数转换器有很高的动态范围,以便同时处理很强的干扰和较弱的期望信号。在CDMA中,模数转换器需要至少16位。

图6.30的下半部分给出了带通采样发射机。与其他发射机结构类似,在数字信号处理(DSP)对I/Q基带信号进行脉冲整形,之后再对整形后的波形进行滤波,对其在相邻信道中的谱能量进行抑制。但是,本结构的不同之处在于将I/Q基带信号正交调制到单边带低中频信号的过程也发生在DSP中。低中频只有几MHz。以1/2~1/5传输射频频率对数字低中频信号进行过采样,高性能数模转换器将过采样数字信号变频为模拟信号。接下来的射频带通滤波器选择一个信号谱中心频率在传输载波频率的复制信号,并抑制其他谱的复制和滤波器带外噪声。输出信号进一步放大到能够驱动功率放大器的电平。期望信号最终得到足够的功率并在功率放大器中传输,并通过隔离器和双工器进入天线。功率放大器和射频放大器的增益控制范围加上数模转换器输出的可调电压应该能够覆盖传输输出功率的动态范围。(www.daowen.com)

事实上,带通采样或谐波采样技术不只用于直接射频信号欠采样而更常用于中频信号欠采样。中频欠采样技术可以在超外差收发机中使用。图6.31中显示的是使用带通采样技术的超外差接收机模块图。将它和图6.1中使用带通采样技术的超外差接收机比较,可以看到此处只使用了一个模数转换器并且将其向前移动到了中频模块输出端,即中频声表面波滤波器的输出端。对模数转换器进行采样的频率接近中频次谐波,即fs=(fIF-fLLF)/n和n=[fIF/fs]。模数转换器的输出包括一个低中频数字信号谱(中间频率fLIF)的复制,这个低载波数字信号代表了期望信号,并且通过数字下变换器转换到基带I/Q信号。基带I/Q信号通过一个低通滤波器,进一步抑制接近期望信号的干扰。滤波之后,基带I/Q为进一步的处理做准备。正交下变频和低通滤波可以通过数字信号处理实现。在接收机中,从模数转换器输入到数字低通滤波器的I/Q输出的部分和图6.1中从模拟正交下变频器到I/Q模数转换器输出的输出作用相同。

图6.31 超外差式接收机的带通采样运用

带通采样结构中的关键部分是模数转换器和数模转换器。基于现在的信号混频技术,带通采样中频信号比带通采样射频信号中的高动态模数转换器技术成熟得多。采样中频信号的带宽要求也比数字化射频信号的带宽要求低。图6.31中所示的使用在带通采样中频信号中的模数转换器动态范围要求通常要比在图6.30中所示的带通射频信号低5~6个比特。这是因为图6.31中的中频声表面波滤波器还需要抑制干扰,并因此放宽了对模数转换器动态范围的要求。

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