![]() |
|
||||||||||||||||||||
![]() ![]() Это интересно!Новости
РанееДжиттер, шум и целостность сигнала в высокоскоростных системах коммуникацииВ статье освещены базовые концепции и определения понятий джиттера, шума, целостности сигнала и частоты битовых ошибок в высокоскоростных системах коммуникации. Обсуждаются виды джиттера и шума, а также механизмы и причины их возникновения. Приведена методология статистического описания джиттера и шума в системе. Статья представляет собой сокращенный перевод работы [1]. Форматы сжатия данныхВ статье рассматриваются основные методы сжатия данных, приводится классификация наиболее известных алгоритмов, и на простых примерах обсуждаются механизмы работы методов CS&Q, RLE-кодирования, Хаффмана, LZW, дельта-кодирования, JPEG и MPEG. Статья представляет собой авторизованный перевод [1]. Увеличение ресурсов сетиВ статье рассмотрены методы расширения спектра и виды уплотнения доступа. Рассказывается об основных особенностях и преимуществах каждого подхода. |
7 декабря Базовые принципы построения ВЧ-тракта приемника беспроводной системы связиВ статье освещены основополагающие принципы построения ВЧ-тракта приемника беспроводной системы связи. Рассмотрены основные функциональные блоки приемного тракта и особенности их интегрального исполнения. Обсуждаются преимущества и недостатки основных видов архитектур ВЧ-приемников.В
общем случае в ВЧ-тракт беспроводного устройства входят все функциональные блоки между антенной и цифровой системой обработки сигнала основной частоты (digital baseband system). Для приемника беспроводной системы такими блоками являются фильтры, малошумящие усилители и смесители с понижением частоты, которые необходимы для преобразования модулированных сигналов, принятых антенной, в сигналы, предназначенные для подачи на вход АЦП основной частоты. ВЧ-тракт в интегральном исполненииВЧ-тракт, как правило, реализуется в виде модуля, содержащего несколько интегральных схем, которые могут быть изготовлены с помощью различных технологий, таких как обычная КМОП-технология или усовершенствованная SiGe-технология. Функционально такие многочиповые модули (или системы-в-корпусе) выполняют большинство, если не все, видов аналоговой обработки сигнала — фильтрацию, детектирование, усиление и демодуляцию. Функциональные блоки приемного трактаОсновным назначением ВЧ-тракта является детектирование и обработка радиоволн, переданных на определенной частоте или в диапазоне частот и имеющих известный тип модуляции. С помощью модуляции передается полезная информация: голос, аудио-, видео- или другие данные. Для детектирования радиоволн приемник должен быть настроен в резонанс с частотой или частотами передачи. Эти принятые сигналы фильтруются от ненужных сигналов и помех, а затем усиливаются. После усиления происходит процесс демодуляции, во время которого снимается полезная информация с радиосигнала. Основные типы радиоприемниковДетекторный АМ-приемникОдним из базовых типов ВЧ-приемника является детекторный приемник с амплитудной модуляцией (АМ-приемник) (см. рис. 1). Информация, подобная речи или музыке, может быть преобразована в амплитудно-модулированный сигнал, передаваемый на несущей частоте. Такой ВЧ-сигнал может быть демодулирован на стороне приемника с помощью простого диодного детектора. Все, что необходимо для построения базового АМ-приемника — это антенна, ВЧ-фильтр, детектор и (опционально) усилитель для увеличения уровня полезного сигнала.
Сердцем АМ-архитектуры является детекторный демодулятор. В качестве детектора используется диод. В случае простого AM-приемника детекторный диод работает как полуволновой выпрямитель, который преобразует (или выпрямляет) принятый переменный сигнал в постоянный путем блокировки отрицательной или положительной полуволны сигнала (см. рис. 3). Перед детекторным диодом обычно помещают шунтирующую катушку индуктивности, которая служит ВЧ-дросселем. Катушка индуктивности поддерживает на входе детекторного диода потенциал земли и в то же время обеспечивает высокий входной импеданс, что необходимо для работы на ВЧ.
Оконечным каскадом типового детекторного АМ-приеника является усилитель, который обеспечивает необходимый уровень сигнала для прослушивающего устройства, такого как телефонная трубка или громкоговоритель. Одним из недостатков диодного детектора является недостаточная величина коэффициента передачи по мощности из-за ограничений АМ-схем. Дело в том, что при приеме сигнала AM-приемник с полуволновым выпрямлением формирует верхнюю и нижнюю боковые полосы частот [2]. Однако для полной демодуляции принятого сигнала нужна только одна боковая полоса. Другая боковая полоса содержит дублированную информацию. Таким образом, недостатки AM-передачи двояки: во-первых, для приема в данной полосе частот нужна удвоенная полоса для передачи информации и, во-вторых, теряется мощность, необходимая для передачи неиспользуемой боковой полосы (обычно до 50% общей мощности передачи). Конечно, есть и другие способы демодулирования сигнала детекторным приемником. Замена диодного детектора другим типом детектора позволяет обнаруживать частотно-модулированные или фазово-модулированные сигналы (последние применяются при передаче цифровых данных). Например, многие современные телекоммуникационные приемники используют фазовое манипулирование (phase shift keying — PSK), которое является разновидностью фазовой (угловой) модуляции. Возможности детекторных схем по различению соседних полос частот или каналов ограничены. Эта способность является показателем избирательности приемника и, в свою очередь, определяется способностью входного ВЧ-фильтра не пропускать нежелательные сигналы. Избирательность связана с показателем качества (или Q) ВЧ-фильтра. Высокое значение Q означает, что схема обеспечивает резкую фильтрацию и хорошее разделение между каналами — необходимое качество современных коммуникационных систем. Следует отметить, что избирательность и чувствительность детекторного АМ-приемника невысока. Приемник прямого усиленияБолее сложную архитектуру имеет приемник прямого усиления, состоящий из нескольких ВЧ-каскадов, которые одновременно настраиваются на принимаемую частоту перед детектированием, и усилителя (см. рис. 4). Каждый каскад состоит из полосового фильтра, в качестве которого могут выступать LC-контур, ПАВ-фильтр или диэлектрический резонаторный фильтр, а также усилителя сигнала.
В результате избирательность приемника прямого усиления не является постоянной величиной: на низких частотах она выше, а на высоких частотах — ниже. Такие отклонения избирательности могут вызывать нежелательные осцилляции и режимы в настроенных каскадах. Кроме того, усиление не является постоянным в полосе настройки. Из-за этих недостатков на практике, в частности, во многих современных беспроводных устройствах более широко применяются другие схемы приемников, такие как приемники прямого преобразования (Direct Conversion Receiver — DCR) и супергетеродинные приемники. Приемник прямого преобразованияСпособом преодоления необходимости индивидуальной настройки нескольких ВЧ-фильтров в приемнике прямого усиления является прямое преобразование частоты исходного сигнала в намного более низкую основную частоту. В схеме приемника прямого преобразования высокая входная частота сигнала, несущего модулированную информацию, преобразуется в более низкую частоту, которая содержит модуляцию, но которую легче детектировать и демодулировать. Такое преобразование частоты достигается путем смешивания входного ВЧ-сигнала с опорным сигналом идентичной или почти идентичной частоты (см. рис. 5). Нелинейное смешивание двух сигналов дает сигнал основной частоты, который затем детектируется и демодулируется приемником.
Приемники прямого преобразования, или гомодинные (с нулевой ПЧ) приемники, используют гетеродины, точно синхронизированные с частотой несущего сигнала для того, чтобы прямо преобразовывать входной сигнал в основные частоты. В теории этот простой метод исключает необходимость использования каскадов с понижением частоты вместе с фильтрами, смесителями и гетеродинами. Это означает, что после антенны может быть включен ВЧ-фильтр с фиксированной частотой вместо нескольких настраиваемых фильтров, как в случае приемника прямого усиления. Следовательно, можно спроектировать ВЧ-фильтр с более высоким показателем Q. В схеме с прямым преобразованием нужный сигнал выделяется путем настройки гетеродина на желаемую частоту. Нежелательные частоты, которые появляются после преобразования частоты, остаются в полосе более высоких частот и могут быть отфильтрованы фильтром низких частот, включенным после смесителя. Если входной сигнал имеет цифровую кодировку, ВЧ-приемник использует для демодуляции цифровые фильтры в составе DSP. Необходимо использовать два смесителя, чтобы сохранить амплитуду и фазу исходного модулированного сигнала: один для синфазного (in-phase — I), а другой для квадратурного (quadrature — Q) выхода основной частоты. Квадратурное преобразование с понижением частоты необходимо, т.к. обычно формируются две боковые полосы около несущей частоты. Как мы уже видели, частоты этих боковых полос различны. Таким образом, использование единственного смесителя для сигнала с цифровой кодировкой привело бы к потере одной из боковых полос. Вот почему обычно используется I/Q-демодулятор для извлечения информации, содержащейся в I- и Q-компонентах сигнала. К сожалению, многие приемники прямого преобразования чувствительны к паразитным утечкам гетеродина, т.к. энергия гетеродина передается в I/Q-демодулятор через антенну или другим путем. Любые сигналы утечки гетеродина могут быть смешаны с основным сигналом гетеродина и, таким образом, может быть сформировано постоянное смещение, которое вносит ощутимую погрешность в сигнал основной частоты. Поэтому необходимо обеспечить хорошую изоляцию между гетеродином смесителя и ВЧ-портами для минимизации утечек гетеродина. Возможно, самым большим недостатком приемников прямого преобразования является их восприимчивость к различным источникам шума при постоянном токе, что приводит к формированию постоянного смещения. Причиной возникновения нежелательных сигналов обычно является рассогласование импеданса усилителя и смесителя. Жесткий контроль технологических процессов изготовления интегральных микросхем позволяет смягчить многие проблемы, связанные с возникновением постоянного смещения из-за возможного рассогласования импеданса. Другие способы решения проблемы постоянного смещения освещены в [2]. Супергетеродинные приемникиВ отличие от сравнительно простой схемы приемника прямого преобразования, супергетеродинный приемник, как правило, содержит несколько каскадов преобразования частоты, которые, в свою очередь, содержат фильтры, усилители, смесители и гетеродины (см. рис. 6). Такая архитектура приемника обеспечивает превосходную избирательность и чувствительность. В отличие от приемника прямого преобразования, в котором частоты гетеродина синхронизированы с частотой входного ВЧ-сигнала, супергетеродинный приемник использует частоту гетеродина, которая смещена на фиксированную величину относительно частоты полезного сигнала. Такое смещение частоты позволяет получить промежуточную частоту, сгенерированную путем смешивания сигнала гетеродина с ВЧ-сигналом с помощью нелинейного устройства — диодного или FET-смесителя.
1 кГц. Гетеродин должен обеспечивать достаточную мощность сигнала, подаваемого на смеситель. В некоторых случаях на выходе гетеродина включают буферный усилитель, который обеспечивает уровень выходного сигнала, достаточный для компенсации потерь на преобразование в смесителе. При разработке портативных устройств следует тщательно выбирать источник питания и учитывать потребляемую мощность гетеродина. СмесителиСмесители являются интегральной частью ВЧ-тракта любого современного приемника. Частотные смесители могут быть основаны на различных нелинейных устройствах, таких как диоды и полевые транзисторы. Из-за простоты и возможности работы без постоянного смещения диодные смесители превалируют во многих беспроводных системах. Существует несколько топологий смесителей, включая несимметричный смеситель, балансный смеситель и кольцевой балансный смеситель. Возможны и другие варианты этих конфигураций, например, смесители с подавлением зеркального сигнала и смесители на гармонике гетеродина, которые обычно используются на более высоких частотах, часто в миллиметровом диапазоне длин волн.
В ВЧ-трактах, беспроводных приемниках или полных приемопередатчиках, изготовленных с использованием монолитных ИС, часто применяется активный смеситель, известный как «ячейка Гилберта». Такой тип смесителя сочетает малую потребляемую мощность, высокий коэффициент усиления и широкую полосу пропускания. Т.к. этот смеситель требует дифференциальных сигналов, он обычно реализуется с использованием входных и выходных трансформаторов, как в кольцевом балансном смесителе. Литература1. Janine Sullivan Love. RF Front-End:
|
![]() Комментарии читателей«Тесла Групп» возрождает бренды Rover Computers [1] Гигантский космический рекламный дисплей от сколковского стартапа угрожает мировой науке [1] Российская робототехническая отрасль в 500 раз меньше мировой, но не унывает [1] Mail.ru готовит «убийцу "Алисы"» в «лице» голосового помощника «Маруси» с умной колонкой [1] Горячие темы |
||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||
![]() |
![]() |
|||||||||||||||||||
|
|