कई वर्षों के विकास के बाद, रेडियो ट्रांसमीटरों ने धीरे-धीरे सरल आईएफ ट्रांसमिशन आर्किटेक्चर से क्वाडचर आईएफ ट्रांसमीटरों और शून्य आईएफ ट्रांसमीटरों में संक्रमण किया है। हालांकि, इन आर्किटेक्चर की अभी भी सीमाएं हैं। नवीनतम आरएफ प्रत्यक्ष रूपांतरण ट्रांसमीटर पारंपरिक ट्रांसमीटरों की सीमाओं को पार कर सकता है। यह लेख वायरलेस संचार में विभिन्न ट्रांसमिशन आर्किटेक्चर की विशेषताओं की तुलना करता है। आरएफ प्रत्यक्ष रूपांतरण ट्रांसमीटर एक उच्च-प्रदर्शन डिजिटल-से-एनालॉग कनवर्टर (डीएसी) का उपयोग करता है, जिसमें पारंपरिक प्रौद्योगिकियों पर स्पष्ट लाभ हैं। RF डायरेक्ट कन्वर्जन ट्रांसमीटर की अपनी चुनौतियां भी हैं, लेकिन यह एक सच्चे सॉफ्टवेयर रेडियो ट्रांसमिशन आर्किटेक्चर की प्राप्ति का मार्ग प्रशस्त करता है।
RF DAC, जैसे कि 14-बिट 2.3Gsps MAX5879, RF प्रत्यक्ष रूपांतरण वास्तुकला का मुख्य सर्किट है। यह डीएसी 1GHz बैंडविड्थ के भीतर उत्कृष्ट स्फूर्त और शोर प्रदर्शन प्रदान कर सकता है। डिवाइस दूसरे और तीसरे Nyquist बैंड में अभिनव डिजाइन को गोद लेती है, सिग्नल ट्रांसमिशन का समर्थन करती है, और 3GHz तक के आउटपुट आवृत्ति के साथ रेडियो फ्रीक्वेंसी सिग्नल को संश्लेषित कर सकती है। माप परिणाम डीएसी के प्रदर्शन को सत्यापित करते हैं।
पारंपरिक आरएफ ट्रांसमीटर वास्तुकला
पिछले कुछ दशकों में, पारंपरिक ट्रांसमीटर आर्किटेक्चर का उपयोग मध्यवर्ती आवृत्ति (आईएफ) उत्पन्न करने के लिए स्थानीय थरथरानवाला (एलओ) और मिक्सर का उपयोग करके सुपरहीटरोडाइन डिज़ाइन को प्राप्त करने के लिए किया गया है। मिक्सर आमतौर पर एलओ के पास दो छवि आवृत्तियों (साइडबैंड्स कहा जाता है) उत्पन्न करता है, और साइडबैंड में से एक को छानकर एक उपयोगी संकेत प्राप्त करता है। आधुनिक वायरलेस ट्रांसमिशन सिस्टम, विशेष रूप से बेस स्टेशन (बीटीएस) ट्रांसमीटर, ज्यादातर बेसबैंड डिजिटल मॉडुलन संकेतों पर I और Q द्विघात मॉड्यूलेशन करते हैं।
0 अतिरिक्त आरएफ ट्रांसमीटर वास्तुकला
पिछले कुछ दशकों में, पारंपरिक ट्रांसमीटर आर्किटेक्चर का उपयोग मध्यवर्ती आवृत्ति (आईएफ) उत्पन्न करने के लिए स्थानीय थरथरानवाला (एलओ) और मिक्सर का उपयोग करके सुपरहीटरोडाइन डिज़ाइन को प्राप्त करने के लिए किया गया है। मिक्सर आमतौर पर एलओ के पास दो छवि आवृत्तियों (साइडबैंड्स कहा जाता है) उत्पन्न करता है, और साइडबैंड में से एक को छानकर एक उपयोगी संकेत प्राप्त करता है। आधुनिक वायरलेस ट्रांसमिशन सिस्टम, विशेष रूप से बेस स्टेशन (बीटीएस) ट्रांसमीटर, ज्यादातर बेसबैंड डिजिटल मॉडुलन संकेतों पर I और Q द्विघात मॉड्यूलेशन करते हैं।
चित्रा 1. वायरलेस ट्रांसमीटर वास्तुकला।
द्विघात यदि ट्रांसमीटर
बेसबैंड डिजिटल सिग्नल में बेसबैंड में दो पथ होते हैं: I और Q। दो सिग्नल पथों का उपयोग करने का लाभ यह है कि दो जटिल IF सिग्नलों को संश्लेषित करने के लिए एक एनालॉग क्वाड्रैटर मॉड्यूलेटर (MOD) का उपयोग करते समय, IF साइडबैंडों में से एक को समाप्त कर दिया जाता है। हालांकि, I और Q चैनलों की विषमता के कारण, मॉड्यूलेटर की छवि आवृत्ति पूरी तरह से ऑफसेट नहीं होगी। यह चतुर्भुज IF आर्किटेक्चर चित्र 1 (B) में दिखाया गया है। चित्रा में, एक डिजिटल क्वाडरेचर मॉड्युलेटर और LO संख्यात्मक नियंत्रित थरथरानवाला (NCO) का उपयोग I और Q बेसबैंड सिग्नल (गुणांक आर) को प्रक्षेपित करने और IF वाहक पर धनात्मक हैंड मॉड्यूलेट करने के लिए किया जाता है। फिर, दोहरी DAC डिजिटल I और Q IF वाहक को अनुरूप संकेतों में परिवर्तित करता है और उन्हें न्यूनाधिक भेजता है। बेकार साइडबैंड के दमन को और बढ़ाने के लिए, सिस्टम एक बैंडपास फ़िल्टर (BPF) का भी उपयोग करता है।
शून्य-अगर ट्रांसमीटर
चित्रा 1 (ए) में दिखाए गए शून्य मध्यवर्ती आवृत्ति (ZIF) ट्रांसमीटर में, बेसबैंड डिजिटल क्वाड्रैचर सिग्नल को फ़िल्टरिंग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए प्रक्षेपित किया जाता है; फिर इसे डीएसी को भेजा जाता है। डीएसी के द्विघात एनालॉग आउटपुट को बेसबैंड पर एनालॉग क्वाड्रैचर मॉड्यूलेटर पर भी भेजा जाता है। क्योंकि एलओ फ्रीक्वेंसी में पूरे मॉड्यूलेटेड सिग्नल को RF कैरियर में बदल दिया जाता है, ZIF आर्किटेक्चर वास्तव में क्वाडचर मिक्सिंग के "आकर्षण" को उजागर करता है। हालांकि, यह देखते हुए कि I और Q पथ आदर्श पथ नहीं हैं, जैसे कि LO रिसाव और विषमता, इनवर्टेड सिग्नल इमेजेस (प्रेषित सिग्नल की सीमा के भीतर स्थित) उत्पन्न होंगे, जिसके परिणामस्वरूप सिग्नल त्रुटियां हो सकती हैं। मल्टी-वाहक ट्रांसमीटर में, छवि संकेत वाहक के करीब हो सकता है, जिससे इन-बैंड स्प्रूसियस विकिरण हो सकता है। इस तरह के दोषों की भरपाई के लिए वायरलेस ट्रांसमीटर अक्सर जटिल डिजिटल भविष्यवाणियों का उपयोग करते हैं।
चित्रा 1 (डी) में दिखाए गए आरएफ प्रत्यक्ष रूपांतरण ट्रांसमीटर में, डिजिटल डोमेन में एक द्विघात डिमोडुलेटर का उपयोग किया जाता है, और एलओ को एक एनसीओ द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, ताकि आई और क्यू चैनलों में लगभग पूर्ण समरूपता प्राप्त हो, और वहां मूल रूप से कोई LO रिसाव नहीं है। इसलिए, डिजिटल मॉड्यूलेटर का आउटपुट एक डिजिटल आरएफ वाहक है, जो अल्ट्रा-हाई-स्पीड डीएसी को भेजा जाता है। चूंकि डीएसी आउटपुट एक असतत समय संकेत है, इसलिए डीएसी घड़ी आवृत्ति (सीएलके) के बराबर एक अलियास छवि आवृत्ति उत्पन्न होती है। बीपीएफ डीएसी आउटपुट को फ़िल्टर करता है, आरएफ वाहक का चयन करता है, और फिर इसे चर लाभ एम्पलीफायर (वीजीए) को भेजता है।
हाई-आईएफ ट्रांसमीटर
आरएफ प्रत्यक्ष रूपांतरण ट्रांसमीटर इस विधि का उपयोग उच्च मध्यवर्ती आवृत्ति डिजिटल वाहक उत्पन्न करने के लिए भी कर सकते हैं, जैसा कि चित्र 1 (C) में दिखाया गया है। यहां, डीएसी डिजिटल मध्यवर्ती आवृत्ति को एक एनालॉग मध्यवर्ती आवृत्ति वाहक में परिवर्तित करता है। डीएसी के बाद, मध्यवर्ती आवृत्ति छवि आवृत्ति को फ़िल्टर करने के लिए बैंड-पास फ़िल्टर की आवृत्ति चयन विशेषता का उपयोग करें। फिर आवश्यक मध्यवर्ती आवृत्ति संकेत मिक्सर को दो साइडबैंड उत्पन्न करने के लिए भेजा जाता है जहां IF सिग्नल को LO के साथ मिलाया जाता है, और आवश्यक RF साइडबैंड प्राप्त करने के लिए एक अन्य बैंडपास फ़िल्टर द्वारा फ़िल्टर किया जाता है।
जाहिर है, आरएफ प्रत्यक्ष रूपांतरण वास्तुकला के लिए न्यूनतम सक्रिय घटकों की आवश्यकता होती है। क्योंकि FPGA या ASIC डिजिटल क्वाड्रैचर मॉड्युलेटर और NCO के साथ एनालॉग क्वाड्रैचर मॉड्यूलेटर और LO को बदलने के लिए उपयोग किया जाता है, RF प्रत्यक्ष आवृत्ति रूपांतरण आर्किटेक्चर I और Q चैनल और LO रिसाव की असंतुलन त्रुटि से बचा जाता है। इसके अलावा, क्योंकि DAC का नमूनाकरण दर बहुत अधिक है, इसलिए ब्रॉडबैंड सिग्नल को संश्लेषित करना आसान है, जबकि यह सुनिश्चित करते हुए कि फ़िल्टरिंग आवश्यकताओं को पूरा किया जाता है।
उच्च प्रदर्शन डीएसी पारंपरिक वायरलेस ट्रांसमीटर को बदलने के लिए आरएफ प्रत्यक्ष रूपांतरण वास्तुकला के लिए एक महत्वपूर्ण घटक है। DAC को 2GHz या उससे अधिक के रेडियो फ्रीक्वेंसी कैरियर को उत्पन्न करने की आवश्यकता है, और गतिशील प्रदर्शन को अन्य आर्किटेक्चर द्वारा प्रदान बेसबैंड या मध्यवर्ती आवृत्ति प्रदर्शन तक पहुंचना चाहिए। MAX5879 एक ऐसा उच्च-प्रदर्शन DAC है।
RF प्रत्यक्ष रूपांतरण ट्रांसमीटर को साकार करने के लिए MAX5879 DAC का उपयोग करना
MAX5879 एक 14-बिट, 2.3Gsps RF DAC है जिसका आउटपुट बैंडविड्थ 2GHz, अल्ट्रा-लो नॉइज़ और लो स्पुरियस परफॉर्मेंस से अधिक है, और इसे RF डायरेक्ट कन्वर्जन ट्रांसमीटर के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसकी आवृति प्रतिक्रिया (चित्र 2) को इसके आवेग प्रतिक्रिया को बदलकर सेट किया जा सकता है, और नॉन-रिटर्न-टू-जीरो (NRZ) मोड का उपयोग पहले Nyquist बैंड आउटपुट के लिए किया जाता है। आरएफ मोड दूसरे और तीसरे Nyquist बैंड की आउटपुट पावर पर केंद्रित है। रिटर्न-टू-जीरो (आरजेड) मोड मल्टीपल न्यक्विस्ट बैंड में फ्लैट प्रतिक्रिया प्रदान करता है, लेकिन कम आउटपुट पावर। MAX5879 की अनूठी विशेषता RFZ मोड है। RFZ मोड एक "शून्य भराव" रेडियो आवृत्ति मोड है, इसलिए DAC इनपुट नमूनाकरण दर अन्य मोड से आधी है। यह मोड कम बैंडविड्थ के साथ संकेतों को संश्लेषित करने के लिए बहुत उपयोगी है और उच्च-क्रम के Nyquist बैंड में उच्च आवृत्ति संकेतों का उत्पादन कर सकता है। तो MAX5879 DAC का उपयोग उन संग्राहक वाहकों को संश्लेषित करने के लिए किया जा सकता है जो इसकी नमूना दर से अधिक है, केवल 2 + GHz अनुरूप आउटपुट बैंडविड्थ द्वारा सीमित है।
चित्रा 2. MAX5879 DAC की चयन आवृत्ति प्रतिक्रिया विशेषताएँ। MAX5879 प्रदर्शन परीक्षण से पता चलता है कि 4-वाहक जीएसएम सिग्नल का इंटरमोड्यूलेशन विरूपण 74MHz (चित्रा 940) में 3dB से अधिक है; 2.1GHz पर, 4-वाहक WCDMA सिग्नल के आसन्न चैनल रिसाव पावर अनुपात (ACLR) 67dB (चित्र 4) है; 2.6GHz पर, 2-कैरियर LTE का ACLR 65dB (चित्र 5) है। इस प्रदर्शन के साथ DAC मल्टी-न्यूक्विस्ट फ़्रीक्वेंसी बैंड में विभिन्न डिजिटल मॉड्यूलेशन सिग्नलों के प्रत्यक्ष डिजिटल संश्लेषण का समर्थन कर सकता है, और इसे मल्टी-स्टैंडर्ड, मल्टी-बैंड वायरलेस बेस स्टेशन ट्रांसमीटरों के लिए एक सामान्य हार्डवेयर के रूप में उपयोग किया जा सकता है।
चित्रा 3. मैक्स 5879 4-वाहक जीएसएम प्रदर्शन परीक्षण, 940MHz और 2.3Gsps (पहला Nyquist बैंड)।
चित्रा 4. MAX5879 4-वाहक WCDMA प्रदर्शन परीक्षण, 2140MHz और 2.3Gsps (दूसरा Nyquist बैंड)।
चित्रा 5. मैक्स 5879 2-वाहक एलटीई प्रदर्शन परीक्षण, 2650MHz और 2.3Gsps (तीसरा Nyquist बैंड)।
आरएफ प्रत्यक्ष रूपांतरण ट्रांसमीटर आवेदन
MAX5879 DAC, Nyquist बैंड में एक साथ कई कैरियर भी प्रसारित कर सकता है। यह फ़ंक्शन वर्तमान में केबल टेलीविजन के डाउनलिंक ट्रांसमिशन लिंक में 50MHz में 1000MM फ्रीक्वेंसी बैंड में कई QAM मॉड्युलेटेड सिग्नल भेजने के लिए उपयोग किया जाता है। इस आवेदन के लिए, आरएफ प्रत्यक्ष रूपांतरण ट्रांसमीटर द्वारा समर्थित वाहक घनत्व अन्य ट्रांसमिशन आर्किटेक्चर का 20-30 गुना है। इसके अलावा, क्योंकि एक एकल ब्रॉडबैंड आरएफ प्रत्यक्ष रूपांतरण ट्रांसमीटर कई वायरलेस ट्रांसमीटरों की जगह लेता है, बिजली की खपत और केबल टीवी फ्रंट एंड का क्षेत्र बहुत कम हो जाता है।
MAX5879 पर आधारित आरएफ प्रत्यक्ष रूपांतरण ट्रांसमीटर का उपयोग ब्रॉडबैंड और उच्च-आवृत्ति आउटपुट अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, स्मार्ट फोन और टैबलेट कंप्यूटर की बढ़ती लोकप्रियता के साथ, वायरलेस बेस स्टेशनों को व्यापक आवृत्ति बैंड की आवश्यकता होगी। इसमें कोई संदेह नहीं है कि इस तरह के उपकरणों का समर्थन करने वाले वर्तमान ट्रांसमीटरों को धीरे-धीरे उच्च प्रदर्शन वाले आरएफ डीएसीएस (जैसे कि मैक्स 5879) के आधार पर आरएफ प्रत्यक्ष रूपांतरण ट्रांसमीटरों द्वारा बदल दिया जाएगा।
सारांश में
RF DAC- आधारित ट्रांसमीटर में गतिशील प्रदर्शन के नुकसान के बिना पारंपरिक वास्तुकला से परे एक संचरण बैंडविड्थ है। इसे FPGA या ASIC का उपयोग करके लागू किया जा सकता है, जिससे एनालॉग क्वाड्रैचर मॉड्यूलेटर और LO सिंथेसाइज़र की आवश्यकता समाप्त हो जाती है, जिससे वायरलेस ट्रांसमीटर सेक्स की विश्वसनीयता में सुधार होता है। यह योजना घटकों की संख्या को भी बहुत कम कर देती है, और ज्यादातर मामलों में सिस्टम बिजली की खपत को भी कम करती है।
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