| 在無線應(yīng)用中（如移動(dòng)電話）,典型的發(fā)送通路盡可能多休用數(shù)字處理,這是因?yàn)榭捎煤艿凸β实钠骷?而且信號(hào)性能不隨時(shí)間和溫度變化。圖1示出一個(gè)無線應(yīng)用（如移動(dòng)電話）的典型發(fā)送通路,這是一種采用DSP/FPGA的方案。在圖1中,DAC占據(jù)主要位置,它是模擬和數(shù)字部分之間的接口。此設(shè)計(jì)也包含一個(gè)處理語音的聲碼器以及可以執(zhí)行簡(jiǎn)單Web游覽器和e-mail程序的硬件。 參照標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)格設(shè)計(jì),無線發(fā)射應(yīng)用（位流到天線）的性能主要是物理和數(shù)據(jù)鏈路層的功能。錯(cuò)誤檢測(cè)和更正通常是數(shù)據(jù)鏈路的功能。物理層的性能是基于模擬性能指標(biāo)（如SINAD信號(hào)對(duì)噪聲和失真比）基礎(chǔ)上的。不同的DAC性能可影響SINAD性能。 某些處理,如信號(hào)濾波、源編碼和數(shù)據(jù)壓縮是用編碼器、PFGA和DSP來執(zhí)行。在數(shù)字域的格編碼對(duì)于優(yōu)化干擾環(huán)境的誤差是實(shí)用的,而自乘余弦濾波器可以改善多通路干擾的性能,多通路干擾可導(dǎo)致交互符號(hào)干擾（ISI）。標(biāo)準(zhǔn)低通和帶通濾波器也可在DSP中實(shí)現(xiàn),以改善SINAD性能。這些功能用DSP實(shí)現(xiàn)具有成本低,而且容易重新編程,而用于不同的發(fā)送應(yīng)用。 新型無線系統(tǒng) 在80年代,廉價(jià)的無線模擬電話服務(wù)用的技術(shù)已變得成熟。 在美國是用AMPS（高級(jí)移動(dòng)電話業(yè)務(wù)）模擬蜂窩系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。AMPS用FDMA在800MHz頻段分配416個(gè)信道。每個(gè)信道被調(diào)頻,帶寬為30kHz。隨著技術(shù)的改進(jìn),蜂窩系統(tǒng)需要較大的容量、控制和可編程性,從而推出D-AMPS（IS-5A和IS-136）數(shù)字系統(tǒng)。這些系統(tǒng)采用TDMA和π/4DQPSK調(diào)制,把每30kHz頻段截?cái)酁?個(gè)時(shí)間間隙來實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)奈宦�。�?shù)字性能使尋址和聲音郵遞這樣的服務(wù)變?yōu)榭赡堋榱颂峁┠嫦蚣嫒菪?D-AMPS在800MHz頻段覆蓋有AMPS。這導(dǎo)致雙模電話的激增。在美國,另一個(gè)新的角色是個(gè)人通信系統(tǒng)（PCS-1900）。PCS的用TDMA技術(shù)在1.9GHz頻段發(fā)送的數(shù)字系統(tǒng)。信道分配非常類似于GSM。在這種系統(tǒng)中,發(fā)送信號(hào)分為200kHz信道,每個(gè)信道可以處理8個(gè)用戶。 新型數(shù)字系統(tǒng)采用多種發(fā)送調(diào)制方法。有限的可用帶寬,迫使設(shè)計(jì)人員盡可能地提高效率。不同的調(diào)制方法達(dá)到不同的結(jié)果。正交調(diào)幅或QAM提供兩倍的AM效能,兩個(gè)信道在同一時(shí)間同一頻寬上發(fā)送。這兩個(gè)正交信號(hào)通常稱之為同相和正交或I和Q信道。因?yàn)檎恍?所以在接收器中可以精確地檢測(cè)兩個(gè)信道。 Analog Devices 公司為QAM應(yīng)用提供雙DAC家族, 可使I和Q信道簡(jiǎn)單的合成。AD9709,9763,9765和9767具在單個(gè)并行輸入端口交叉存取I和Q數(shù)據(jù)的能力,然后,分路傳輸此信息到正確的DAC輸出。這些DAC可適用于8位、10位、12位和14位數(shù)據(jù)。 QPSK（正交相移鍵控）是QAM的變異,在QPSK中發(fā)送信號(hào)也絡(luò)保持恒定幅值。這可使性能更強(qiáng),在發(fā)送通路中可以用線性較差的元件,如B類放大器。QPSK的缺點(diǎn)是在QPSK中的符號(hào)數(shù)與QAM相比要受限制,導(dǎo)致QPSK因有的較低位率。 現(xiàn)在廣泛采用的一種比較復(fù)雜的調(diào)制方法是CDMA （Code Dependent Multiple Access 碼從屬多址）。在CDMA系統(tǒng)中,通�；鶐畔⑿盘�(hào)用一個(gè)帶限偽隨機(jī)數(shù)字位漢調(diào)制,有時(shí)稱之為Walsh碼或Gold碼,它在給定的位數(shù)（一般為64位）之后重復(fù)自己�；饔檬钦{(diào)制和基帶信號(hào)和頻率擴(kuò)展。獨(dú)立的信道用正交或幾乎正交位時(shí)序在同一帶寬內(nèi)發(fā)送。接收器用相同的擴(kuò)頻代碼解調(diào)方法可從很多信道中選擇一個(gè)信道。頻率擴(kuò)展度（解調(diào)信號(hào)帶度）近似等于偽器聲時(shí)序的位率（通常稱之為片率）。標(biāo)準(zhǔn)CDMA系統(tǒng)片率為1.25,4和8Mchips。 CDMA性能難以量化,這涉及到深?yuàn)W的統(tǒng)計(jì)分析。但是,已開發(fā)的最大頻譜效率的無線接口是有前途的。擴(kuò)展代碼的近似（不是完全）正交性意味著信道之間的干擾不是完全消除。所以,一個(gè)強(qiáng)信號(hào)可在一個(gè)弱信號(hào)信道中引起干擾。對(duì)于基部和單個(gè)用戶來說,功率控制是非常重要的。在CDMA系統(tǒng)中盡最大的努力來達(dá)到不同條件下有相等的功率電平。甚至信道之間風(fēng)dB功率差可導(dǎo)致系統(tǒng)能力大大下降。 總系統(tǒng)性能 根據(jù)Shannon定則,若系統(tǒng)中的位發(fā)送率低于系統(tǒng)帶寬的一定比率,則理論上系統(tǒng)可運(yùn)行在零誤碼率（BER）。Shannon定則要求為特定位發(fā)送率的給定系統(tǒng)提供（信噪比）�，F(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)采用不同的編碼方法,使SNR限制在幾dB內(nèi),其BER范圍為le10～le12。 信號(hào)鏈路中的不同元件對(duì)SNR和SINAD的影響是不同的。通常,發(fā)送信號(hào)鏈路的設(shè)計(jì)是從具有特定性能的天線開始。根據(jù)每個(gè)信號(hào)鏈路元件的性能設(shè)想,可以估算連路中每個(gè)部分的誤差預(yù)算。 信號(hào)鏈路元件 DSP性能分析的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)字化,可簡(jiǎn)單仿真,也可基本知道噪聲和失真特性。與信號(hào)鏈路模擬部分不同的是,這些很好確定的特性將不隨信號(hào)幅度、寄生干擾或電平噪聲變化。往往用功耗、每秒計(jì)算量和編程的容易性確定DSP。 在DSP中,用低通濾波改善SINAD（用模擬濾波器不容易實(shí)現(xiàn)）也是非常有用的。濾波器功能,如理想的零和Hilbert變換可用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn),但用模擬濾波器來實(shí)現(xiàn)就很困難,這是因?yàn)槟M濾波器的元件容限、漂移和大小所致。 最好的例子是升余弦濾波器（RCF）,這種濾波對(duì)于降低碼間的干擾是非常有用的。碼間干擾是在發(fā)送碼上固有的頻帶限制所致。頻帶限制導(dǎo)致能量擴(kuò)展到相鄰的碼元（見圖2）。在所指明的取樣瞬間,這種頻外的能量引起失真和可能的誤碼。RCF的脈沖響應(yīng)是正弦函數(shù)（圖3）。假若調(diào)諧RCF仿真零相交發(fā)生在鄰近碼元的取樣點(diǎn),則碼間干擾的影響最小。 DAC性能問題 數(shù)/模變換器合成所希望的信號(hào)和誤差信號(hào)（圖5）。誤差信號(hào)由幾部分組成。首先是量化噪聲,它是DAC位數(shù)的函數(shù),而失真是線性度的函數(shù)。變換器的高頻像頻結(jié)果示于圖6。像頻的頻率低賴于取樣頻率（FS）。像頻和失真分量可干擾鄰近信道的信號(hào)并引起頻帶內(nèi)假頻干擾信息信號(hào),使BER惡化。低通濾波器可抑制高頻分量,但產(chǎn)生假頻返到頻帶內(nèi),增大DAC的取樣率能容易降低它。所以,DAC的位數(shù)和最大取樣率通常是設(shè)計(jì)中最重要的考慮。 當(dāng)綜合處理高頻率時(shí),DAC的性能會(huì)有所降低。結(jié)果,在高頻時(shí),一個(gè)14位變換器只有10～12位性能,甚至更低。SINAD很容易從有效位數(shù)（ENOB）求得。 SINAD=6N+1.76 式中N是位數(shù)。 所希望的信息信號(hào)FM是aFs±bFM中的信頻和失真分量,式中"a"表示取樣頻紡的諧波、"b"表示信息信號(hào)的失真分量（見圖6）。這些像頻可出現(xiàn)在高頻,但也可發(fā)生在靠近信息信號(hào)的低頻。 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DAC具有電流源輸出特性。這意味著在DAC輸出和信號(hào)鏈路中,下一個(gè)元件之間必須有某種電流電壓變換形式。通常來自這些器件的滿標(biāo)電流由DAC外部的一個(gè)電阻設(shè)置。因?yàn)闈M標(biāo)電流可大大地影響DAC的功耗,所以降低些電流可更多地節(jié)省功率預(yù)算。然而,功率的降低會(huì)使SINAD和SNR性能降低。 注意,像頻信號(hào)與信息信號(hào)相同,是由于DAC的取樣率調(diào)制和振幅減�。ㄒ�?yàn)镾inx/x衰減）。習(xí)慣上,Sinx/x衰減和DAC有限的高頻性能使設(shè)計(jì)人員避免用這些像頻做為IF信號(hào)。然而,最近的設(shè)計(jì)改進(jìn),使DAC具有足夠的高頻性能可用像頻做為IF信號(hào)。此過程往往稱之為直接IF變換。插入法DAC也是最近的革新,允許數(shù)據(jù)定時(shí)在一時(shí)鐘、插入用一個(gè)數(shù)字FIR濾波器,然后在2xak 4x輸入速率的速率從DAC輸出。 調(diào)制器 在調(diào)制器傳統(tǒng)的形式中,調(diào)制器混頻帶有頻率載波（FC）的基帶信號(hào),以實(shí)現(xiàn)所希望的上變換。用模擬器件會(huì)使信息信號(hào)增加噪聲和失真。新設(shè)計(jì)中采用QAM調(diào)制（圖7）,在此必須注意可能降低信號(hào)性能的幾種其他特性。 在QAM應(yīng)用中,一個(gè)數(shù)據(jù)流（I數(shù)據(jù)）用熟悉的FC調(diào)頻調(diào)制。另一個(gè)數(shù)據(jù)流（Q數(shù)據(jù)）用FC為90°是非常重要的。偏離90°會(huì)失去正交,而且I和Q信號(hào)的小分量分互相出現(xiàn)在對(duì)方,這樣會(huì)導(dǎo)致SINAD性能下降。這種相移用模擬元件實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困難,所以新的設(shè)計(jì)往往用數(shù)字合成正弦和余弦調(diào)制信號(hào)。在數(shù)字方法中可以嚴(yán)格設(shè)置相移為90°,而且相移不隨漂移、溫度變化。 QAM調(diào)制性能的另一特點(diǎn)是本地振蕩器的饋通。因?yàn)閮?nèi)部耦合及調(diào)制器輸入間的補(bǔ)償,所以FC的縮減振幅形式呈現(xiàn)在調(diào)制器輸出中。然后,信號(hào)饋入其余的信號(hào)鏈路并且由天線發(fā)送。因?yàn)楹芏酂o線應(yīng)用是電池供電的,而且對(duì)功耗非常敏感,所以這種不希望的信號(hào)傳送相當(dāng)于使系統(tǒng)性能降低。內(nèi)部耦合引起的LO饋通是調(diào)制器設(shè)計(jì)的一個(gè)功能,它不會(huì)消除或降低。由I和Q輸入端固有的dc補(bǔ)償所引起的LO饋通可以降低,是采用補(bǔ)償相應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到DAC的辦法,此辦法盡管在實(shí)驗(yàn)室很容易做到,但在產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)是相當(dāng)困難的,這是因?yàn)檠a(bǔ)償存在漂移而控制環(huán)路需要補(bǔ)償。 模擬濾波選擇 管理機(jī)構(gòu),如美國的FCC對(duì)發(fā)送器在鄰近信號(hào)頻段所產(chǎn)生的功率量有嚴(yán)格的規(guī)定。基于此原因,往往定義一個(gè)特殊的標(biāo)志來確定對(duì)載波頻率的頻率補(bǔ)償上可發(fā)送多少功率。不同的帶通設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)上述要求。在100MHz到2.5GHz范圍,往往采用表面聲波（SAW）濾波器。小封裝的SAW濾波器提供帶通應(yīng)用所需的陡的衰減。在高頻往往用波導(dǎo)來達(dá)到所希望的性能。 功率放大器 和其他模擬信號(hào)鏈路元件一樣,放大器增加失真和噪聲并消耗較多的功率。功率放大器也需要其有動(dòng)態(tài)增效調(diào)諧功能,如CDMA應(yīng)用。 發(fā)送信號(hào)鏈路的一部分特性,有時(shí)可適用于鏈路另一部分。例如,前面提到的采用QPSK,允許用低線性、低功率放大器實(shí)現(xiàn)。 基部設(shè)計(jì)習(xí)慣采用各向同性天線。但在電池供電的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮功率,故采用相相控陣天線,使信號(hào)聚焦在相當(dāng)窄的射束上。數(shù)字合成成功地用于實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)所需的精確相位補(bǔ)償。 |
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