无线发射机上变频技术

现代无线发射机大多数采用正交上变频器，发射构架可分为三种，直接射频发射、超外差发射和直接中频发射构架。其核心均为正交调制，射频正交调制后再发射相比传统的直接混频（如AM）减少了带宽占用。

参考文档：《The Advantages of Using a Quadrature Digital Upconverter (QDUC) in Point-to-Point Microwave Transmit Systems 》
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-0996.pdf
《A Study of Injection Pulling and Locking in Oscillators》

一、射频发射为什么要正交调制？

如果将基带信号直接与本振上混频，进行频谱搬移后发射，对于功能实现上没有问题，这也是混频器工作的基本方式，但有一个很大弊端，那就是存在多余的镜像频带占用（就是我们常说的混频后既有和频也有差频），造成的频谱资源浪费，因此正交调制十分必要。考虑如下最简单的情况（不考虑幅相不一致性）：

本振信号：
f(t)=cos(2πf1t)f(t)=cos(2πf_1 t)f(t)=cos(2πf1t)
待调制的基带信号:
s(t)=cos(2πf2t)s(t)=cos(2πf_2 t)s(t)=cos(2πf2t)
对于一个理想的混频器（乘法器），输出等于输入信号相乘，暂不考虑本振泄露和其它杂散，基带信号与本振经混频器相乘有：
y(t)=f(t)∗s(t)=cos(2πf1t)∗cos(2πf2t)y(t)=f(t)*s(t)=cos(2πf_1 t)*cos(2πf_2 t)y(t)=f(t)∗s(t)=cos(2πf1t)∗cos(2πf2t)
=12∗{cos[2π(f1+f2)t]+cos[2π(f1−f2)t]}=\frac{1}{2}* \{cos[2π(f_1+f_2) t] + cos[2π(f_1-f_2) t]\}=21∗{cos[2π(f1+f2)t]+cos[2π(f1−f2)t]}
由上式结果可以看到，混频器输出包含两项，一个和频（f1+f2），一个差频（f1-f2）,显然其中一个是多余的，如果是零频开始的基带信号，通过滤波器模拟电路并不能很好的滤除无用的另一半，存在着上述的镜像频带占用现象，因此从混频器输出的数学公式入手，我们只保留差频分量，即如下项：
cos[2π(f1−f2)t]=cos(2πf1t)∗cos(2πf2t)+sin(2πf1t)∗sin(2πf2t)cos[2π(f_1-f_2) t]=cos(2πf_1 t)*cos(2πf_2 t)+sin(2πf_1 t)*sin(2πf_2 t)cos[2π(f1−f2)t]=cos(2πf1t)∗cos(2πf2t)+sin(2πf1t)∗sin(2πf2t)
上面公式说明，如果想在发射的频谱中只包含差路分量，不造成频谱浪费，就要按照如上三角变换的子项进行组合：

这就是很熟悉的正交调制框图，I、Q两路分别对应基带信号的余弦正弦项，本振信号则经过90°移相器实现，经过两路乘法器和加法器后输出，得到的即为上述公式结果，只含差频，消除了多余的频谱分量。

二、正交上变频发射机构架

1.直接射频发射（Direct Conversion）

直接变频发射的正交调制器工作在射频频段，优势在于相较于外差形式电路结构简单，低成本（节省了一级或多级混频），缺点也很多，DAC双路输出存在的不一致性，对于DAC输出端的重构滤波器的相位延时无法精密一致，造成IQ路的不平衡，因此需要通过控制DAC输出的自动算法来矫正，且存在本振泄露，而通常泄露的本振频率也是在末级BPF带通滤波器之内无法滤除。另外，末级功率放大输出对本振存在频率注入牵引（ injection pulling）现象，可能会导致本振锁定在输出的临近频率上，偏离固有频率，这种现象可通过良好的板内或板间隔离将这种耦合减小，IQ的不平衡问题也随着精密模拟器件的发展而可以接受。

软件无线电领域的经典集成收发器AD9361，采用的正是这种架构。

2.超外差发射构架(Super Heterodyne)

超外差发射构架的正交调制器工作在中频频段，相比直接射频发射工作频率更低，改善了调制器性能，且输出级的中频滤波器和输出带通滤波器可配合设计，灵活抑制谐波杂散，同时一般设计中频本振IF和射频本振LO差距较大，且采用较高中频，这样混频后，更利于输出带通滤波器滤除泄露的本振而不影响有用频率，这种构架在IQ路平衡性问题上与上述的直接变频发射机相似，没有改善。

3.直接中频发射构架(Direct Real IF)

通过正交数字上变频器（QDUC），可实现I、Q的精确匹配，IF的LO泄露极低。且NCO的调谐分辨率可以非常精确，实际发射频率的调谐可通过控制NCO实现，可以精确、快速调频，既继承了超外差式的优点，又克服了传统模拟电路IQ不一致的缺点，因此许多射频DAC和RFSoC采用的正是这种架构，但其对数字域的处理能力和链路速度要求较高。

如上图，RFSoC构成的无线收发系统，采用的为直接中频发射构架。

4.USRP X410软件无线电平台射频前端

参考网址：https://files.ettus.com/manual/page_zbx.html#zbx_pwr_cal

X410的收发系统包括RFSoC片上高速ADC、DAC及外置两级混频外差电路，级间嵌入不同频段的模拟滤波器，由模拟开关控制，射频通道输出范围1MHz~7.2GHz，模拟带宽达到400MHz，输出功率的动态范围由PA功率放大器和DSA数控衰减器控制（60dB），多级变频的结构可以在上述直接中频发射机基础上输出频率更为灵活地抑制混频镜像杂散。

总结

正交射频调制是现代无线收发机（软件无线电）的主流手段，关于正交调制，应用在通信领域的太多方面，本文只是从射频发射机的频谱利用优势角度讲述。

无线发射机中的正交上变频技术--USRP X410软件无线电平台开发相关推荐

微信端php 开发技术要求,微信第三方平台开发详解——PHP版
申请第三方平台,这个很简单直接按照提示填写,下面的授权事件接收URL中获取的component_verify_ticket是会过期的,所以不要只获取一次,缓存起来每10分钟会发送一次,每1小时会更新一 ...
android乐视视频直播技术,乐视网进军android平台开发领域
"2012 年第二届中国 Android 应用开发合作大会"( The Second China Android developer Cooperatio Conference 2 ...
非正交多址技术NOMA基础知识
参考文章: 5G:非正交多址接入技术(NOMA) 5G:非正交多址技术(NOMA)的性能优势 5G:非正交多址接入(NOMA)与串行干扰删除(SIC) 5G:非正交多址技术(NOMA)会被采用吗?亦或 ...
直播带货平台开发如何实现抗丢包技术
无论对于音频编码还是视频编码而言,对于编解码来说,都有不同的直播带货平台开发应用场景.比较大的两个范围,第一种,面向文件直播的编解码器.第二种,面向网络通信的编解码器. 在不同的应用场景下面,编解码器 ...
×××技术在ATM机无线组网中的应用
×××技术在ATM机无线组网中的应用 1. 项目概述及需求随着中国加入WTO 后金融领域的竞争加剧,各大银行纷纷转为以服务为中心,提供各种增值服务及各种方便的手段来满足客户的需求,其中金融自助服务已 ...
mac wmware 无网络_无线网络中常用的技术名词
1.LAN:即局域网: 是路由和主机组成的内部局域网,一般为有线网络. 2.WAN:即广域网: 是外部一个更大的局域网. 3.WLAN(Wireless LAN,即无线局域网): 前面我们说过LAN是 ...
[转载]无线通信系统中的调制解调基础（一）：AM和FM
原文地址:无线通信系统中的调制解调基础(一):AM和FM作者:逝者如云第一部分解释了调幅(AM)和调频(FM)的基础,并阐述了优点和缺点.第二部分解析了频移键控(PSK)和正交幅度调制(QAM).第 ...
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术,实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation,多载波调制的 ...
计算机通信中应用的调制解调与无线电通信,[转载]无线通信系统中的调制解调基础（一）：AM和FM...
调制方法多种多样,简单的一般有幅度调制,频率调制和相位调制,尽管调频和调相本质上是相同的.每种调制方法都有其有缺点.了解每种调制方法的基础是很重要的,尽管大家更为关注的是移动通信系统的调制方法.复习这 ...
slotformatcombinations_用于确定无线通信系统中的时隙配置的方法和设备与流程
相关申请的交叉引用本申请要求2018年5月11日提交的第62/670,553号美国临时专利申请的权益,所述临时专利申请的全部公开内容全文以引用的方式并入本文中.本公开大体上涉及无线通信网络,且更具体地 ...

无线发射机中的正交上变频技术--USRP X410软件无线电平台开发

目录