基于CMX993的正交調(diào)制發(fā)射機(jī)的實(shí)現(xiàn)

張銀紅 陳葉民 陳明

【摘要】 ? ?分析了QPSK調(diào)制方式下直接正交調(diào)制發(fā)射機(jī)中IQ的平衡性與正交度對(duì)EVM的影響，基于CMX993給出了一種直接正交調(diào)制發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)方案，并在其基礎(chǔ)了提出了一些在工程實(shí)踐中改善相關(guān)指標(biāo)的具體措施。

【關(guān)鍵詞】 ? ?直接正交調(diào)制? ? EVM? ? CMX993

引言：

近年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，直接正交調(diào)制發(fā)射機(jī)因其結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，電路元器件少，功耗體積小等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

本文將分析QPSK調(diào)制方式下直接正交調(diào)制發(fā)射機(jī)中IQ的平衡性與正交度對(duì)EVM的影響，并給出一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例，就其提出一些在工程實(shí)踐中改善EVM指標(biāo)的具體方法。

一、QPSK調(diào)制方式下直接正交調(diào)制發(fā)射機(jī)中IQ平衡性與正交度對(duì)EVM的影響

典型的無線直接正交調(diào)制發(fā)射機(jī)的功能框如圖1所示，F(xiàn)LO是射頻本振信號(hào)，經(jīng)過移相器后產(chǎn)生完全正交的本振信號(hào)然后分別與來自I路和Q路的基帶信號(hào)混頻后做相加運(yùn)算，輸出想要的射頻信號(hào)Fo（t），從而實(shí)現(xiàn)正交調(diào)制。

在這種正交調(diào)制方式下，通過有規(guī)律的改變I路和Q路信號(hào)的相位與幅度，可以輕易實(shí)現(xiàn)QPSK、QAM等復(fù)雜調(diào)制。

EVM是衡量信號(hào)調(diào)制性能的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了實(shí)際調(diào)制信號(hào)與理想信號(hào)之間的誤差。

下面就這種系統(tǒng)在QPSK調(diào)制方式下，I路與Q路信號(hào)的平衡性與正交度能對(duì)EVM的產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。

實(shí)際系統(tǒng)中I路和Q路信號(hào)必然存在一定的幅度不平衡及相位的不正交，而且本振經(jīng)移相器后產(chǎn)生的兩路信號(hào)必然不完全正交，為了便于分析問題，我們假定本振是理想的，將實(shí)際中本振引起的相位誤差歸一到I路與Q路信號(hào)中去。

當(dāng)I路與Q路的幅度不平衡但相位完全正交時(shí)，即b≠1，而θ=0，EVM隨相位不平衡的關(guān)系見圖3，它們基本上成線性關(guān)系。

若I路與Q路的幅度完全一致，而相位不完全正交時(shí)，即b=1，而θ≠0時(shí)，EVM隨相位不平衡的關(guān)系見圖4。相位因素帶來的惡化基本呈現(xiàn)為拋物線。

如系統(tǒng)中同時(shí)存在幅度不平衡與相位不正交時(shí)，他們對(duì)EVM的影響將產(chǎn)生疊加效應(yīng)。因此直接正交調(diào)制發(fā)射機(jī)必須保持整個(gè)通路盡可能的幅度平衡與相位正交。

三、直接正交調(diào)制發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)

直接正交調(diào)制發(fā)射機(jī)的原理框圖如圖5所示。其主要由基帶處理芯片、正交調(diào)制器、濾波器、功率放大器以及低相噪本振組成。

圖中的基帶處理芯片生成I、Q信號(hào)，經(jīng)過濾波器后進(jìn)入直接正交上變頻器CMX993，經(jīng)正交調(diào)制到射頻載波后送入后級(jí)射頻功率放大器放大，最終通過天線輻射出去。

CMX993是CML Microcircuits公司推出的正交解調(diào)器，其工作范圍為30 MHz～1000MHz，其內(nèi)部集成了基帶放大器、移相器，混頻器、偏置電路、可控增益放大器以及本振放大器，為設(shè)計(jì)提供了極大的便利。另外，CMX993典型工作電壓為3.3 V，工作最大電流僅為95mA，非常適合低功耗場(chǎng)合的運(yùn)用。

通過前文分析，我們可以看到直接正交調(diào)制發(fā)射機(jī)的EVM在很大程度上都受到I路與Q路信號(hào)的幅度平衡性與相位正交度的影響，另外，放大器的非線性也對(duì)EVM存在一定的影響，因此在工程實(shí)踐中，我們主要圍繞這些因素采取一些措施來提高正交調(diào)制精度。

1）首先盡可能從源頭上保證從基帶芯片輸出的I路與Q路信號(hào)的正交性與幅度的一致性。另外，由于采用了模擬濾波器，因此也必須保證兩路濾波器參數(shù)的一致性。

2）選用正交度和平衡度指標(biāo)盡量好的正交調(diào)制器。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，正交調(diào)制器發(fā)展到了一定的水平，一般都能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，但在一些要求極高的場(chǎng)合，我們可以通過調(diào)節(jié)基帶輸出信號(hào)幅度與正交性來補(bǔ)償正交調(diào)制器的影響，從而提高輸出信號(hào)的調(diào)制精度。

3）當(dāng)正交調(diào)制器的性能一定時(shí)，還有一個(gè)重要的因素的會(huì)影響正交調(diào)制的精度，那就是本振。如果本振的相位噪聲比較高，混頻時(shí)它將把噪聲引入正交調(diào)制器，引起隨機(jī)的相位抖動(dòng)，從而影響輸出信號(hào)的正交度，因此必須盡量提高合成器的相位噪聲。值得一提的是，直接正交發(fā)射機(jī)中因功放輸出的大功率信號(hào)頻率與本振信號(hào)比較接近時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響合成器的相位噪聲，實(shí)際中為了解決這一問題，往往采用諧波法產(chǎn)生本振，然后將本振進(jìn)行分頻后進(jìn)行混頻從而避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。CMX993內(nèi)部已經(jīng)集成了分頻器，ADF4360系列合成器的相位噪聲也可達(dá)到-90dBc/Hz@10K以上。

4）實(shí)際電路中正交調(diào)制器與基帶芯片的偏置電壓往往存在差別，同時(shí)為了避免直流漂移在正交調(diào)制中的影響，一般都采用交流耦合的方式。這時(shí)一般應(yīng)保持偏置電路的穩(wěn)定，否則由于電容兩端電壓不一致帶來的充放電將影響I路和Q路信號(hào)的幅度平衡性和相位的正交度。

四、實(shí)際測(cè)試結(jié)果

基于CMX993的直接正交調(diào)制發(fā)射機(jī)的實(shí)際測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

輸出頻率：F=428MHz，信道帶寬：4.8MHz，輸出功率：25dBm

發(fā)射EVM：2.5%

五、結(jié)束語

通過分析和實(shí)踐我們可知，直接正交調(diào)制發(fā)射機(jī)中IQ信號(hào)的平衡性及相位正交度對(duì)發(fā)射機(jī)EVM指標(biāo)影響非常大，在工程實(shí)踐中，我們通過采取一定的措施解決影響IQ信號(hào)平衡性與正交度的關(guān)鍵因素，非常好的實(shí)現(xiàn)了直接正交調(diào)制發(fā)射機(jī)對(duì)EVM指標(biāo)的要求。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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