摘要 零中频发射机电路完成上只要DAC和IQ调制器两部分，电路结构简略，与二次变频计划比较，省去中频信号发生器、中频合成器(PU /VCO)、中频一射频混频器以及SAW滤波器等，不只下降了发射机体系的复杂度，也大幅减小了体系体积、分量、功耗和本钱，可是零中频计划存在无用边带和本振走漏。文中剖析了零中频发射机的原理和存在的问题，找到了一种按捺无用边带和本振走漏的办法，给出了一种零中频发射机完成计划。经工程验证，文中的零中频发射机64QAM调制办法EVM4%，ACPR>53 dB，各项要害目标优于3GPP标准。
1 零中频发射机原理
1.1 概述
传统发射机完成形式：基带→中频→射频。
无线发射机的体系结构长时间由超外差式所操控，如图1所示。
跟着半导体工艺技能的前进和对移动通讯设备小型化、低功耗、多功能需求的不断增强，根据正交调制的直接正交上变频(Direct Qua drature Up—Conversion，DQUC)技能得到了迅速发展。它能够直接将基带信号搬移到射频，即零中频发射机。
零中频发射机完成形式：基带→射频，如图2所示。
1.2 零中频发射机的优缺陷
零中频发射机原理模型如图3所示。
零中频电路完成上只要DAC和IQ调制两个芯片，电路结构简练，与二次变频计划比较，省去中频和射频本振源电路、中频和射频混频器以及中频SAW滤波器电路等，下降了发射机体系复杂度与器件数，也大幅下降体系体积、分量、功耗和本钱;
零中频技能的缺陷很明显，因为正交调制信号和正交本振信号起伏和相位的不平衡，以及对直流偏移失真灵敏，导致严峻的无用边带和本振走漏。按捺无用下边带信号和本振走漏是零中频发射机完成计划的要害。
1.3 零中频发射机原理
抱负情况下，图3中正交调制信号I(Q)和Q(t)与正交本振信号fLO_I(t)和fLO_Q(t)的起伏和相位彻底平衡，且不存在直流偏移。因而DQUC输出的RF信号fRF(t)是一个抱负的单边带信号，不存在边带和本振走漏问题。但在实践情况下，I(t)和Q(t)与fLO_I(t)和fLO_Q(t)信号总是存在起伏和相位的不平衡及直流偏移差错。
为便于剖析，把IQ信号用正弦波信号代替，那么IQ信号I(t)，Q(t)和本振信号fLO_I(t)，fLO_Q(t)信号数学模型分别为
式中，G，ψ，D分别为I(t)和Q(t)信号之间的归一化起伏比、正交相位差错和直流偏移差错;A，θ，E分别为fLO_I(t)与fLO_Q(t)信号之间的归一化起伏比、正交相位差错和直流偏移差错。抱负情况下，A=G=1;ψ=θ;D=E=0。
DQUC的输出信号fo(t)可表示为
2 零中频发射机的要害技能
2.1 无用边带的按捺
由fo(t)公式可知，走漏的无用边带信号fLSB(t)为
假如A和G起伏相同，和相位相同，那么fLSB(t)=0，不存在无用边带信号。可见无用边带是因为IQ信号和正交本振信号起伏和相位不平衡引起的。无用边带信号按捺能够通过以下过程完成。
首要调理A值，使AG→1，那么RLSB和φLSB能够简化为
然后再调理ψ值，使ψ=θ，这样RLSB=0，φLSB=0，也便是说，AG→1，ψ=θ时理论上无用边带被彻底按捺。这便是正交IQ信号和正交本振信号相位和起伏不平衡校准(IQ校准)的理论依据。
2.2 本振走漏的按捺
由fo(t)公式可知，本振走漏
fC(t)=DAcos(ωct+θ) (6)
式中，D是I(t)和Q(t)信号的直流偏移;A是本振起伏。明显，本振走漏fc(t)是由I(t)和Q(t)信号存在直流偏移引起的。因而，在电路规划时，I(t)和Q(t)信号传输要选用沟通耦合，以消除直流偏移，然后按捺本振信号的走漏。
3 零中频发射机的完成
3.1 硬件完成
图4是零中频发射机完成计划。WCDMA IQ信号码速率3.84 Mbit·s-1，该信号是欠采样信号。假如直接进行数模转化，会发生较大量化差错和频谱混叠，因而需求进行插值(DIF)处理，一般至少需求16倍内插，插值后速率61.44 Mbit·s-1，当然内插倍数越高越好。
为确保输出功率精度和IQ调制器TRF3703功能，增益调整模块调整基带增益和射频增益来满意输出功率精度和IQ调制器TRF3703功能要求。无用边带按捺和本振走漏通过IQ校准完成，IQ校准是零中频发射机完成的要害部分。图4中，3.84 Mbit·s-1I/Q基带信号通过数字内插变为61.44 Mbit·s-1基带IQ信号，通过双通道DAC2904转化成模仿IQ信号，然后通过IQ调制器TRF3703直接调制到射频。射频功率检测和数字功率检测是为了确保输出功率精度和IQ调制器功能。
为按捺无用边带、本振走漏、频率牵引和时钟颤动等，零中频规划选用以下优化办法：(1)I(t)、Q(t)信号传输选用差分线与沟通耦合办法，有利于消除I(t)、Q(t)信号之间的直流偏移差错和共模搅扰。(2)IQ校准，使D=0，ψ=θ，AG→1，消除直流偏置，IQ信号与正交本振信号相位和起伏不平衡。(3)因为WCDMA频点较高，选用谐波法处理频率牵引问题比较困难，本计划选用反向阻隔和阻抗匹配的办法减小PA反射到VCO中的信号，然后下降频率牵引效应。IQ调制器TRF3703自身有9 dB反向阻隔效果，LMX2531射频输出Buffer结构也能够起到必定的反向阻隔效果。(4)挑选高安稳的时钟作为本振和中频参阅时钟，下降时钟颤动和本振相噪。(5)16倍数字插值，抗频谱混叠，下降对低通滤波器的要求。(6)布局布线方面考虑。
3.2 IQ校准完成
3.2.1 IQ校准原理
在发射零中频计划完成时，无用边带和本振走漏除了和正交调制信号和正交本振信号的起伏和相位的不平衡以及直流偏移外，还与PCB的板材、电路及其参数的优化规划、布局、布线等要素有较大联系，处理的办法便是IQ校准。IQ校准的意图是消除IQ信号和正交本振信号直流偏置、起伏和相位不平衡，进步整机的ACPR和EVM等射频目标。
IQ校准原理框图如图5所示。图5中IGAIN和QGAIN是为了调理IQ增益不平衡，使A=G;I_DCOFFSET和Q_DCOFFSET是为了消除直流偏置;I_ delay和Q_delay是为了调整相位使ψ=θ。
3.2.2 IQ校准完成
通过定量核算和工程实践发现，直流偏置对零中频发射机目标影响较大，而且离散性也很大，每台零中频发射机有必要独自进行直流偏置校准，工程实践专门研发了直流偏置校准算法。增益不平衡和相位不平衡一致性较好，对发射机目标影响相对较小，本文工程实践中将一切零中频发射机IGAIN和QGAIN，I_delay和Q_delay设为固定值。实践上IQ校准算法完成简化为对直流偏置校准。
直流偏置主动校对算法首要调整I_DCOFFSET，使得本振走漏目标近似最小，得到I_DCOFFSET近似最优值;然后调整Q_DCOFFSET，使得本振走漏目标近似最小，得到Q_DCOFFSET近似最优值，然后进一步调整I_DCOFFSET，Q_DCOFFSET，直到本振走漏目标到达最优值。
4 结束语
从零中频发射机原理动身，剖析了零中频发射机存在的问题，结合工程实践给出了零中频发射机的最经济实用的硬件完成计划和IQ校准办法，经工程验证，文中的零中频发射机64QAM调制办法EVM4%，ACPR>53 dB，各项要害目标优于3GPP标准。
