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文 献 综 述 1 引言 调制器可作为微波通信设备的无线传输设备,主要应用于可完成点对点或点对多点等功能的无线视距传输。直接正交变频能够直接将基带信号调制到射频载频并消除无用的边带信号,是一种最直接和最简单的正交调制方式。其优点是不需要中频。 1.1QPSK调制技术 四相绝对移相调制是利用载波的4种不同相位来表征数字信息。每一种载波相位代表两个比特的信息[1]。例如，若输入二进制数字信息，序列为 1 0 0 1 1 1 0 0， hellip; ，则应该先将其进行分组，每两个比特编为一组。可将它们分成10，01，11，00等，然后分别用4种不同的相位来表示。故每个四进制码元又被称为双比特码元。把组成双比特码元的前一个信息比特用a代表，后一个信息比特用b代表。双比特码元中的两个信息比特ab通常是按格雷码排列的。载波相位若用表示，则在0到2pi;内等间隔的取值仅有4种可能。表2.1给出码元与载波相位的关系。又由于正弦函数和余弦函数的互补特性，对应于的4种取值， 例如 45° 、135°、225°、315°，其幅度 () 和 ()。只有两种取值, 即plusmn;。所以，四相绝对移相调制可以看作两个正交的二相绝对移相调制的合成。 载波相位的4种取值矢量关系，如图2.1所示。图2.1( a )中表示采用方式 1的QPSK信号的矢量图，属于pi;/2体系。图2.1( b )中表示采用方式2的QPS K信号的矢量图，均属于pi;/4体系。 |
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表1.1 双比特码元与载波相位的关系
(a) pi;/2体系 (b) pi;/4体系 图1.1 QPSK信号的矢量 用调相法产生 pi;/4体系的QP SK信号的系统方框图如图2.2所示。图2.2中，串并变换器将输入的二进制序列依次分为两个速率减半的并行的极性序列。假设两个序列中的二进制数字分别为a和b，每一对ab称为一个双比特码元。单极性的a和b脉冲通过极性变换，即和, 变成双极性二电平信号和，然后进入两个平衡调制器，分别对同相载波和正交载波进行二相调制，得到图2.3中的虚线矢量。将两路输出叠加，即得如图2.3中的实线所示的四相移相信号。其相位编码逻辑关系如表2.2所示。如果将载波移相 -pi;/4，使用此方框图系统也可以产生pi;/2体系的QPSK信号。 图1.2 QPSK信号组成 图1.3 QPSK调制矢量 表1.2 QPSK信号相位编码逻辑关系
1.2直接正交上变频技术 随着半导体工艺技术的进步和对移动通信设备小型化、低功耗、多功能需求的不断增加，基于正交调制的直接正交上变频技术(direct quadrature up-conversion, DQUC)得到了迅速发展[2-4]。直接上变频是把基带信号直接调制到射频载波上的一种最直接和最简单的调制方式。这种方式产生的射频已调信号的上、下边带在频谱上靠的非常近，很难通过滤除等常规方法实现单边带调制[5]。近几年，一种新型的基于正交调制的直接变频技术，即直接正交变频得到了迅速发展。该项技术采用正交对消原理消除无用边带信号，达到单边带调制目的。其突出优点是不需要中频放大、滤波和变频部分，且放宽了对射频部分滤波器的性能要求，甚至不需加射频滤波器，从而极大地减小了发射机的体积、重量、功耗和成本。目前，全球已有很多家移动通信设备公司和手机开发商在其产品中采用了直接正交变频技术。同时，一些RFIC提供商为GSM, CDMA, WCDMA手机提供标准的直接变频芯片[2]。 典型的DQUC无线发射机的功能框图如图1所示。其中;和是正交基带调制信号;是射频本振信号;是已调射频信号[6]。电路工作时，先经移相器移相产生正交本振信号和}，然后分别与正交基带信号和相乘后作代数(加或减)运算，抵消无用边带信号，输出想要的边带信号，从而实现单边带调制。 图1.4 直接变频发射机结构图 但这项技术也存在很多缺点，如对正交调制信号和正交本振信号的相位和幅度不平衡以及直流偏移失真非常敏感等，并因此可导致严重的边带和本振泄漏。对于载波泄漏消除的方法，文献[7][8]通过对系统的比较分析了零中频发射机中的载波泄漏问题和它的消除技术，在IQ调制器输出端采用射频功率检测器检测载波泄漏功率，然后分别对IQ两路直流失调进行模拟基带直流补偿的方法，以此实现消除载波泄漏的目的。在校准的算法上，采用遍历算法，由于具有I和Q两条通路，其校准次数是2N 1次(N为直流补偿器的精度)。文献[9][10]提出了一种自动直流补偿的校准算法主要是采用模拟差分比较器即1Bit模数转换器(ADC)进行，文献[9]的直流补偿向量采用发射链路的14位高精度数模转换器(DAC)，而文献[10]因为在基带滤波器中采用模数转换器(DAC)进行校准，所以它对硬件要求比较小，这也是它最大的优势所在。但是由于后一级混频器失配以及本振馈通的存在它的精度会受到很大限制。另外比较器也易受噪声的干扰，它的算法过程取决于真实的失调电压以及所需的直流补偿电压精度。文献[11]采用一种进行补偿的最优直流向量值通过四个测量向量点进行估计的方法，在导致载波泄漏的任意一种情况下，先假设四个IQ补偿向量然后通过计算得到，它实际上就是通过采用复杂的数字算法来达到实现降低校准次数的目的，所以它校准的次数和校准精度之间并没有直接的关系[12]。文献［13］介绍了优化电路设计结构、元器件布局布线的方法。文献［14］说明了一种闭环反馈式正交基带信号 预失真数字幅相平衡补偿电路的方法。文献［15］指出通过调整 D/A 器件中 IQ 通道各自的直流偏置、增益和相对相位差来补偿 IQ 不平衡。 1.3 AD8346 AD8346是由ANALOG DEVICES公司生产的高性能正交调制器[16]，其频率范围是0.8～2.5GHz,他 将90°移相器、乘法器、合成器集成在一块硅片上，供电为2.7V～5.5V，调制带宽为0～70MHz， 单边带抑制范围在1.9GHz达到-36dBc，。 AD8346的原理框图如下图2所示。
图1.5 AD8346原理框图 AD8346包括本振接口、混频器、电压到电流转换器、差分到单端转换器和偏置电路等部分。其中，本地振荡接口部分通常接收来自 LOIN、LOIP输入端的外接差分输入，也可由单端驱动。本地振荡接口部分包括分相器和缓冲放大器。其中，分相器由电阻和电容回路构成，将输入的LO本振信号分为正交的I、Q两路振荡信号，驱动两个正交的混频器。每个通路的信号通过缓冲放大器补偿信号的幅频衰落并分别通过一个单向网络增强正交精确度。在正交混频器中， 一路振荡信号和由IBBP、IBBN馈入的I通道信号相乘，另一路相差90°的振荡信号和由QBBP、 QBBN馈入的Q通道信号相乘。两个正交混频器的输出则通过差分-单转换器输出阻抗50Omega;。IBBP、IBBN、QBBP、QBBN的输入则经电压至电流转换器，将基带的电压信号转换成电流，然后送入混频器。 参 考 文 献 [1]樊昌信，张甫诩，徐炳祥.通信原理[M].北京:国防工业出版社，2001 [2]FAZAI A. Direct conversion receiver design for phone systems challenges, status and trends[C]//IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symp. Seattle, WA, USA, 2002: 21-22. [3]RAZAVI B. Design considerations for direct-conversion receivers[C]//IEEE Trans on Circuits and System-II: Analog and Digital Signal Proc. Leicester, UK, 1997, 44 (6 ): 428-435. [4]ABIDI A. Direct-conversion radio transceivers for digital communications[J] .IEEE J of SSC, 1995, 30 (12):1399-1498. [5]李智群，林志功.零中频射频接收机技术[J].电子产品世界. [6]曹志刚，钱亚生.现代通信原理[M].北京:清华大学出版社，1992. [7]Gabriel Brenna, David Tschopp, Qiuting Huang, “Carrier Leakage Suppression in Direct-conversion WCDMA transmitter”, in IEEE Int. Solid-State Circuits Conf.(ISSCC)Dig.Tech.Papers,Feb 2003. [8]Brenna G,Tschopp D,Rogin J,et al.A 2GHz carrier leakage calibrated direct-conversion WCDMA transmitter in 0.13-mu;m CMOS.IEEE J Solid-State Circuits,2004,39(8):1253 [9]Kurt Hausmann, Jaff Ganger, Mark Kirschenmann, George B.Norris, Wayne Shepherd, Vivek Bhan, and Daniel B.Schwartz,“A SAW-less CMOS TX for EGPRS and WCDMA” ,in IEEE Radio Frequency Integrated Circuits(RFIC)Dig.Tech.Paper,2010,pp.25-28. [10]Yuan Fang, Yan Jun, Ma Heping, Shi Yin, and Dai Fa Foster,“A direct-conversion WLAN transceiver baseband with DC offset compensation and carrier leakage reduction”, Journal of Semiconductors, Vo1.31,No.1O,Oct 2010,pp.10500 3-1-6. [11]Shin-Fu Chen, Yi-Bin Lee ,Chin-Hao Sun, Bing-Jye Kuo, and Guang一Kaai Dehng, “A 65nm CMOS low-noise direct-conversion transmitter with carrier leakage calibration for low-band EDGE application' ,in IEEE Radio Frequency Integrated Circuits(RFIC) Dig.Tech.Papers,2009,pp.193-196. [12]韩科峰.应用于2G/3G移动通信的多模发射机芯片的研究:[博士学位论文].上 海:复旦大学图书馆,2011. [13]曹鹏，费元春．直接正交上变频的边带与本振泄露分析及优化设计［J］．兵工学报， 2004，25( 6) :712－715． [14]曹鹏，王明飞，费元春.直接正交上变频调制器的镜频抑制与本振泄露对消技术研究［J］．电子学报，2010，38(2A) :6－9． [15]杨霏，杨刚． 基于零中频结构的数字电视调制系统研究[J]．电视技术,2011, 35( 12) :25－27． [16]Analog Devices Inc. AD8346 Datasheets [Z] .2004. |
