Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №8 - Журнал «Домашняя лаборатория»

цепи обратной связи. В конечном итоге получается непосредственно модулированный сигнал на выходе ГУН с абсолютно постоянной огибающей и прекрасными фазовыми характеристиками. Неравномерность фазовой характеристики не превышает 1,5 градуса при нестационарное™ микросхемы приемопередатчика AD6523, использующей сигнал генератора в качестве локального осциллятора для обеспечения стабильности петли ОС.

Компактность комплекта Othello ™ позволяет использовать GSM-технологии для создания многих изделий, в которых ранее это было невозможно, например, в очень компактных телефонах или PCMCIA картах. Однако основные преимущества прямого преобразования станут очевидными при разработке универсальных мультистандартных телефонов третьего поколения. С использованием прямого преобразования отпадает необходимость в аппаратном фильтре выбора канала, поскольку эта операция выполняется в блоке цифровой сигнальной обработки, который может быть перепрограммирован для работы с множеством стандартов. Сравните этот подход с супергетеродинной архитектурой, где требуется несколько цепей радиоканала для работы с различными стандартами (поскольку каждый из них требует различные фильтры выбора канала) и все схемы должны иметь минимальные размеры. При использовании прямого преобразования один и тот же радиоканал может использоваться в принципе для нескольких различных стандартов, частотных полос и типов модуляции. Таким образом, Интернет-навигация и голосовая связь могут быть в принципе реализованы на базе одного и того же телефона стандарта GSM.

Аналоговые базовые станции сотовой телефонии

Рассмотрим аналоговый супергетеродинный приемник, изобретенный в 1917 году Эдвином Армстронгом (см. рис. 9.18).

Эта архитектура представляла собой существенный шаг вперед по сравнению с однокаскадными аналоговыми приемниками прямого преобразования (гомодинными), которые строились с использованием перестраиваемых усилителей промежуточной частоты, одного детектора и каскада усиления сигнала звуковой частоты. (Необходимо обратить внимание, что гомодинная техника теперь получила широкое распространение в приемниках с цифровой обработкой, как показано выше). Основное преимущество супергетеродинного аналогового приемника состоит в том, что он имеет существенно меньшие массогабариты и более экономичен при обеспечении заданного усиления и селективности приемника на фиксированных промежуточных частотах (IF) по сравнению с усилением и частотной избирательностью схем с перестройкой по частотному диапазону.

Частоты, показанные на рис. 9.18, выделены для AMPS (Служба усовершенствованной мобильной телефонии) — аналоговой системы сотовой телефонии, используемой в настоящее время в США. Приемник предназначен для приема AMPS-радиосигналов частотой 900 МГц. Полоса частот для несущих "А" или "В", обслуживающих локальную географическую область, составляет — 12,5 МГц (416 каналов, каждый шириной 30 кГц). В приемнике, как показано на рисунке, используется трехкратное преобразование частоты, с первой промежуточной частотой 70 МГц, второй частотой 10,7 МГц и третьей частотой 455 кГц. Зеркальная частота на входе приемника отделяется от несущей подстройкой первой промежуточной частоты (при использовании относительно высокой первой промежуточной частоты разработка зеркального фильтра упрощается).

Выходной сигнал третьего каскада промежуточной частоты демодулируется с использованием аналоговых методов (дискриминаторов, детекторов огибающей, синхронных детекторов и т. д.) В случае AMPS используется частотная модуляция. Важным свойством упомянутой схемы является то, что на каждый канал требуется один приемник, а антенна, каскад предварительной фильтрации и малошумящий усилитель могут быть общими.

Необходимо отметить, что для упрощения схемы на рисунке не показаны межкаскадные усилители. Они, однако, являются важной частью приемника и при дальнейшей разработке необходимо это учитывать.

Разработка аналогового приемника является сложным процессом, и имеется много дополнительных функциональных узлов, которые могут быть использованы на промежуточной частоте между первым и вторым или третьим преобразованием частоты: фильтры, удорожающие и усложняющие каждый каскад приемника, схемы демодуляции и т. д. Имеется много превосходных рекомендаций по построению аналогового приемника, и цель этого обсуждения состоит лишь в том, чтобы сформировать систему отсчета для последующего обсуждения использования цифровых методов при разработке усовершенствованных телекоммуникационных приемников и приемников базовых станций сотовой телефонии.

Цифровые сотовые базовые станции

Сотовые телефонные базовые станции формируют основу современной беспроводной сотовой инфраструктуры. Они должны обеспечивать получение многочисленных запросов, обработку запросов и их ретрансляцию. Соединение с базовой станцией в смежных ячейках должно выполняться без потери сигнала при движении абонента. Кроме того, базовые станции зачастую должны удовлетворять нескольким стандартам одновременно. В некоторых областях США в достаточно большом числе частотных полос используются различные технологии в пределах одной и той же географической области, например AMPS и CDMA.

Гибкость, высокая производительность и низкая стоимость канала являются основными требованиями к современным базовым станциям. Максимальное использование DSP в приемопередатчиках позволяет обрабатывать несколько стандартов без необходимости замены аппаратных средств. Это привело к широкому распространению программного обеспечения для обработки радиосигналов (software radios), которое доминирует в текущий момент на рынке базовых станций.

Как и в случае сотовых телефонов, техника прямого преобразования широко используется и в базовых станциях. Сигнал оцифровывается высокоэффективным широкополосным АЦП, после чего следует только один каскад переноса частоты. На рис. 9.19 показаны два основных подхода к построению цифрового приемника: узкополосный и широкополосный фильтры.

При узкополосном подходе подразумевается, что была выполнена достаточная предварительная фильтрация сигнала, в результате чего подавлены все паразитные сигналы и на входе АЦП присутствует только полезный сигнал. Широкополосный подход подразумевает наличие на входе АЦП множества каналов и дальнейшая фильтрация, настройка и обработка выполняется в цифровой форме. Обычно, широкополосный приемник предназначен для приема сплошной полосы сигналов, например для сотовой телефонии, или других систем беспроводной связи (PCS или CDMA). Фактически, один широкополосный цифровой приемник может использоваться для одновременного приема всех возможных каналов в пределах выделенного частотного диапазона, что позволяет использовать практически только аналоговые средства (включая АЦП) для выделения нужного канала.

Широкополосный подход накладывает серьезные ограничения на параметры используемого АЦП и требует широкого динамического диапазона (SFDR) и высокого отношения сигнал/шум (SNR), особенно в сотовых системах, где уровень сигналов соседних каналов может отличаться более чем на 100 дБ. Это требует применения АЦП с полосой пропускания более 100 МГц и частотой дискретизации более чем 50 МГц (например, для работы с мультинесущей с полосой частот 25 МГц). С другой стороны, узкополосный подход обеспечивает более тщательную обработку, поскольку каждый канал может быть оцифрован с более высокой частотой дискретизации, но этот подход также требует большего количества АЦП для обработки того же самого числа каналов.

Комплект ИМС от Analog Devices — SoftCell™ адресован в первую очередь операторам беспроводных систем связи, позволяя снизить стоимость обслуживания и размеры оборудования, повысить гибкость и качество обслуживания. Базовые станции, содержащие комплект ИМС SoftCell, легко позволяют производить модификацию: организацию новых услуг, дополнительных каналов, и замену стандартов беспроводной передачи данных. В действительности, операторы будут иметь возможность использовать любой стандартный радиочастотный интерфейс (например, GSM, PHS, D-AMPS), увеличить число каналов, более эффективно использовать выделенные частотные полосы. Новая архитектура также позволяет обойтись