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Cela dépend de l'architecture choisie par notre système RF. Les architectures les plus couramment utilisées des systèmes RF sont l'architecture superhétérodyne et l'architecture zéro if.

Architecture superhétérodyne n°1

À l'heure actuelle, la plupart des systèmes de communication sans fil utilisent une structure superhétérodyne. Par exemple, dans les systèmes de communication 2G, 3G et 4G, ce type d'émetteur-récepteur superhétérodyne est le plus courant. Par rapport à d’autres structures, cette structure présente de meilleures performances. Cependant, sur 5g, la structure zéro si plus simple est plus couramment utilisée car.

Regardons d'abord l'histoire de l'architecture superhétérodyne. Elle a été inventée par Edwin Howard Armstrong pendant et juste après la Première Guerre mondiale et brevetée en 1918. La chose la plus impressionnante chez cet homme était qu'il a commencé à étudier la radio alors qu'il était encore au lycée. Un mât radio de 125 pieds de haut a été érigé au domicile de ses parents à Yonkers, New York, pour recevoir les faibles signaux radio à cette époque. Alors qu'il était encore à l'université en 1912, il a inventé le circuit de rétroaction basé sur le tube audio à trois bornes Lee de Forest, a fourni le premier amplificateur électrique disponible, a déposé le brevet d'un récepteur régénératif en 1913, a inventé le récepteur superhétérodyne en 1918 et a inventé la radiodiffusion FM. .

En parlant d'architecture superhétérodyne, peut-être que de nombreux étudiants ne comprennent pas très bien le mot « superhétérodyne ». Je me suis toujours demandé pourquoi on appelle cela extrapolation et s'il y avait interpolation. Le mot « hétérodyne » a été proposé par Reginald Aubrey Fessenden en 1901. Il a appelé l'idée du mélange pour produire de nouveaux signaux « hétérodyne », et une architecture de récepteur avec une structure de mélange primaire est donnée, appelée récepteur hétérodyne, comme le montre la figure ci-dessous : il nécessite un mélangeur pour amener le signal RF modulé dans le signal IF modulé, qui est appliqué au démodulateur I/Q pour amener la bande de fréquence basse et moyenne modulée dans la bande de base de zéro if.

Armstrong a amélioré le récepteur hétérodyne et a inventé le récepteur superhétérodyne. Le superhétérodyne est un récepteur avec deux ou plusieurs structures de mélange, comme le montre la figure ci-dessous. Dans un récepteur superhétérodyne, deux mélangeurs sont nécessaires pour convertir le signal RF modulé en un signal IF modulé. Le premier mélangeur amène le signal RF dans le signal IF élevé, et le deuxième mélangeur amène le signal IF élevé dans le signal IF faible. Cela s'applique au démodulateur I/Q, qui transforme le signal IF faible en un signal de bande de base IF nul. En ce qui concerne le mélange, nous le connaissons bien : lorsque le signal reçu par le récepteur provient du antenne et le signal généré par l'oscillateur local est introduit dans le mélangeur pour obtenir le signal IF, ou le signal IF est mélangé au signal RF dans l'émetteur, il est superhétérodyne. Dans la structure superhétérodyne, nous convertissons le signal via un mélangeur. Ce processus de conversion de fréquence peut se produire plusieurs fois. L'architecture superhétérodyne aura plusieurs fréquences IF et modules IF.

Après avoir compris la structure de base de l'hétérodyne et du superhétérodyne, nous introduisons le schéma structurel de l'émetteur-récepteur superhétérodyne couramment utilisé dans les systèmes de communication sans fil, comme le montre la figure ci-dessous. La liaison du récepteur superhétérodyne comprend généralement une partie RF, si une partie et une partie BB en bande de base.

La partie RF du récepteur comprend un duplexeur comme présélecteur de fréquence, un amplificateur à faible bruit (LNA), un filtre passe-bande RF (BPF), un amplificateur RF comme préamplificateur mélangeur et un convertisseur abaisseur RF vers if (mélangeur). .

Le convertisseur abaisseur est suivi d'un amplificateur IF (FA), suivi d'un if BPF pour la sélection des canaux et la suppression des produits de mixage indésirables.

Le démodulateur I/Q est le deuxième convertisseur de fréquence, qui convertit la fréquence du signal de if en BB. Le démodulateur se compose de deux mélangeurs, il convertit le signal IF en signaux I et Q - deux signaux BB déphasés de 90 ". Filtre passe-bas (LPF) Le mélangeur est suivi dans les I et Q de chaque canal pour filtrer les produits de mélange indésirables et suppriment davantage les interférences. Les signaux filtrés I et Q BB sont amplifiés par l'amplificateur BB, puis l'ADC convertit le signal BB amplifié en un signal numérique pour un traitement ultérieur dans la bande de base numérique. Semblable au récepteur superhétérodyne, l'émetteur superhétérodyne est. également composé de BB, if et BB.

Le contrôle de gain de la partie if représente environ 75 % ou plus de toute la plage de contrôle de gain. Il est rare de réaliser un contrôle de gain dans la partie analogique BB de cette architecture radio. La raison en est que la partie BB du récepteur ou de l'émetteur possède des canaux I et Q et qu'il est difficile de maintenir le déséquilibre d'amplitude des canaux I et Q dans la tolérance autorisée dans la plage de variation du gain BB.

N°2 conversion directe / zéro si architecture

Le récepteur superhétérodyne avec module de mixage est présenté ci-dessus. Est-il possible de ne pas utiliser le module de mixage ? Par conséquent, les scientifiques RF ont commencé à utiliser un émetteur-récepteur radio à conversion de fréquence directe vers 1980. La conversion de fréquence directe signifie que le signal RF entre directement dans la démodulation I/Q sans passer par l'étape IF et est converti en signal en bande de base, et aucun signal IF n'est généré dans le milieu. Par conséquent, il est également appelé récepteur FI zéro, comme le montre la figure ci-dessous.

Comme le montre la figure, la fréquence lo (oscillateur local) est réglée sur la fréquence requise, de sorte que le signal reçu est directement converti en signaux de bande de base I (en phase) et Q (phase en quadrature). Dans cette architecture, le DAC et l'ADC fonctionnent à la fréquence d'échantillonnage en bande de base. L'émetteur-récepteur basé sur cette architecture zéro si est appelé} zéro si émetteur-récepteur.

L'architecture de conversion de fréquence directe présente de nombreuses caractéristiques supérieures. Le signal RF reçu par le récepteur n'a pas besoin de passer par l'étage IF et va directement au démodulateur I/Q et entre dans la partie bande de base, ce qui réduit les modules if coûteux dans l'architecture superhétérodyne, tels que le mélangeur et le filtre if, donc le coût et la taille de cette partie peuvent être réduits, comme décrit dans "zéro si architecture, cet article l'explique en détail", zéro si l'architecture est plus facile à intégrer dans un RFIC.

Échantillonnage RF direct No3

De plus, pouvons-nous effectuer un échantillonnage RF direct et échantillonner directement des signaux numériques en signaux RF pour la transmission et la réception ? Bien entendu, cela dépend du taux de conversion AD/DA. Si cela peut directement prendre en compte la RF, ce n'est pas impossible. Et le taux de conversion AD/DA augmente également. Le taux d'échantillonnage des convertisseurs analogique-numérique (ADC) et numérique-analogique (DAC) des principales sociétés de semi-conducteurs est plusieurs fois plus rapide que celui des produits d'il y a dix ans. Par exemple, en 2005, le taux d'échantillonnage de l'ADC à résolution 12 bits le plus rapide au monde était de 250 ms/S ; En 2018, le taux d'échantillonnage de l'ADC 12 bits a atteint 6.4 Géch/s. Grâce à l'amélioration de ces performances, le convertisseur peut numériser directement le signal de fréquence RF et fournir une plage dynamique suffisante pour les systèmes de communication et radar modernes.

La figure ci-dessus montre l'architecture du récepteur à échantillonnage RF direct, qui est uniquement composée d'un amplificateur à faible bruit, d'un filtre approprié et d'un CAN. Le récepteur de la figure 2 n'a pas besoin d'utiliser un mélangeur et lo ; L'ADC numérise directement le signal RF et l'envoie au processeur. Dans cette architecture, vous pouvez implémenter de nombreux composants analogiques du récepteur via le traitement du signal numérique (DSP). Par exemple, vous pouvez utiliser la conversion numérique directe (DDC) pour isoler les signaux des bornes sans utiliser de mélangeur. De plus, dans la plupart des cas, vous pouvez remplacer la plupart des filtres analogiques par des filtres numériques en plus des filtres d'anti-aliasing ou de reconstruction.

Puisqu'aucune conversion de fréquence analogique n'est requise, la conception matérielle globale du récepteur d'échantillonnage RF direct est beaucoup plus simple, ce qui permet d'obtenir une structure de composition plus petite et un coût de conception inférieur.

Fin

En plus des plusieurs architectures d'émetteur-récepteur RF courantes mentionnées ci-dessus, il en existe bien d'autres, comme l'architecture neutre entre superhétérodyne et l'architecture zéro si - faible si, et l'architecture radio logicielle SDR avec laquelle nous sommes en contact depuis longtemps mais n’a pas encore été qualifié de réalité. Peut-être qu'un jour, nous pourrons voir la véritable radio logicielle dans l'application des stations de base mobiles sans fil.

Revenons au 5g AAU mentionné au début de l'article, comment obtenir un petit volume et une légèreté, je veux laisser le développement de l'architecture RF, qui est aussi un mythe.