Зволит в среднем уменьшить энергопотребление и увеличить срок рабо­ты батарей питания

Рис. 1.34. Передатчик с выходным модулятором



Многоканальный передатчик. Работа нелинейных компонентов передатчика (модулятора, смесителя, усилителя мощности) принципи­ально связана с генерацией неограниченного спектра паразитных сигна­лов. Подавление паразитных спектральных составляющих, генерируе­мых нелинейными элементами вне рабочей полосы частот, является основной проблемой в реализации широкополосного передатчика.
Частичным решением проблемы внеполосного излучения, которое возникает при модуляции, является использование нулевой промежу­точной частоты, и включение модулятора в картезианскую петлю. Зна­чительно большие проблемы возникают с подавлением внеполосного излучения усилителя мощности. Самый линейный усилитель генерирует гармоники несущей частоты, намного превышающие требования стан­дартов ЭМС. В принципе возможно подавление гармоник несущей час­тоты при включении усилителя мощности в картезианскую петлю рис. 1.33. Наличие сигналов на гармониках несущей частоты, которые отсутствуют в спектре исходного (опорного) модулированного сигнала, приведет к генерации детектором ошибки сигнала коррекции, подав­ляющим эти гармоники. Практически это возможно только для мало­мощных усилителей, работающих в линеаризованном режиме, близком к квазилинейному режиму работы квадратурного модулятора относитель­но маломощного модулирующего сигнала. При значительной нелиней­ности усилителя мощности подавление сигналов на гармониках несущей частоты приведет к такой глубокой линеаризации его режима работы, что КПД усилителя будет недопустимо малым. Но и в этом случае не достигается величина подавления внеполосного излучения, удовлетво­ряющая требования ЭМС.


Рис.1.35. Двухканальный передатчик



Следовательно, выходной ФНЧ является обязательным компонен­том передатчика, а полоса пропускания ФНЧ ограничена необходимо­стью подавления второй гармоники несущей частоты, т.е. не может быть больше октавы. Для работы в большей полосе частот необходима ком­мутация или перестройка выходного ФНЧ. Построение такого ФНЧ не является простой задачей, которая дополнительно усложняется высокой мощностью проходящего сигнала, что исключает использование типо­вых коммутируемых или перестраиваемых элементов, как правило, ма­
ломощных. Разумным сочетанием простоты и многофункциональности является многоканальная (модульная) функциональная схема передатчи­ка, показанная на рис. 1.35. Функциональная схема в равной степени от­носится к передатчикам с нулевой или ненулевой промежуточной часто­той. Каждый канал передатчика, включающий модулятор, усилитель мощности и ФНЧ, предназначен для работы в диапазоне частот, заведо­мо меньшем октавы. Если не требуется одновременная работа радиосе­тей в более широком, чем октава, диапазоне частот, то такая функцио­нальная схема может оказаться проще в реализации, чем использование сложных широкополосных усилителей мощности и перестраиваемых или коммутируемых фильтров. Тем более, что огромную проблему представляет и построение широкополосных антенн с приемлемыми конструктивными и эксплуатационными параметрами.

2. 
   Усилитель мощности
   

Усилитель мощности (совместно с фильтром нижних частот) явля­ется самым проблемным элементом передатчика программно- конфигурируемого радио. Не существует замены или эквивалента анало­говому усилителю мощности для обеспечения энергетического потен­циала радиолинии. Усилитель мощности для передатчика программно- конфигурируемого радио должен быть широкополосным и линеаризо­ванным устройством, поддерживающим мультистандартный режим ра­боты передатчика [17].
Широкая рабочая полоса частот по определению необходима для поддержки различных стандартов сухопутной подвижной связи. Подав­ляющее большинство стандартов сухопутной радиосвязи предназначены для работы в диапазоне частот 30... 1000 МГц. Разумеется, не весь ука­занный частотный диапазон выделен для связи, но соотношение нижней и верхней рабочей частоты более десяти показывает масштаб проблемы.
Необходимость линеаризованного режима работы усилителя опре­деляется видом модуляции в усиливаемом сигнале. Традиционно в сухо­путной подвижной мобильной радиосвязи используется частотная моду­ляция, одно из главных преимуществ которой заключается в постоянном значении огибающей амплитуды модулированного сигнала. В передат­чиках с частотной модуляцией используются нелинейные высокоэффек­тивные усилители мощности с КПД до 70%, что критически важно при ограниченном аккумуляторном питании. Однако частотная модуляция является спектрально не эффективной по сравнению с фазовой или ам­плитудно-фазовой модуляцией. Спектрально эффективные фазо- модулированные сигналы с ограниченным спектром и сигналы с квадра­турной амплитудной модуляцией имеют сопутствующую амплитудную модуляцию и для их усиления требуются линеаризованные усилители мощности. Линейное усиление требуется и для сигналов с частотным мультиплексированием OFDM, которые обладают очень высокой устой­чивостью к искажениям при распространении в многолучевом канале. Относительно низкий КПД является общей проблемой для всех линеари­зованных усилителей.
Формально существует возможность усиления сигналов с сопутст­вующей амплитудной модуляцией с помощью нелинейного усилителя и мощного модулятора (смесителя), как это показано на рис. 1.30, 1.34. Од­нако проблемы, связанные с реализацией мощного высококачественного нелинейного преобразователя частоты и стабилизацией его работы в широком диапазоне рабочих частот, мощностей и температур, намного превышают проблемы, связанные с линеаризацией мощных усилителей.
Практически в передатчиках программно-конфигурирумого радио используются линеаризованные усилители мощности, необходимая сте­пень линейности которых определяется глубиной сопутствующей ам­плитудной модуляции в высокочастотном модулированном сигнале. Принято рассматривать два основных метода линеаризации: оптимиза­ция режима работы активных компонент и системная линеаризация. Оп­тимизация режима работы активных компонент обычно предполагает выбор оптимального угла отсечки для активных компонент и использо­вание отрицательной обратной связи, местной или межкаскадной. Эти методы просты в реализации, что позволяет с минимальными затратами получить интегральные микросхемы линеаризованных усилителей мощ­ности с выходной мощностью до 1 Вт и КПД, совместимый с требова­ниями мобильной аппаратурой связи. Системная линеаризация усилите­лей мощности обычно предполагает использование сложных функциональных компонентов, обеспечивающих векторное суммирова­ние высокочастотных модулированных сигналов, усиление с предыска­жениями (predistorter), усиление со связью вперед (feedforward), усиле­ние в петле автоматического регулирования и т.д. Более сложные в реализации, методы системной реализации позволяют в большей степе­ни уменьшить уровень искажений в спектре усиленного сигнала при относительно высокой выходной мощности усилителя или при много­сигнальном усилении.