Frekvenskonvertering ved hjelp av punktprøvingsteknikker: En alternativ metode for å flytte bredbåndede RF-signaler opp og ned i frekvens

Abstract

Mange av dagens trådløse systemer benytter frekvenser opp i titals gigahertz området,ofte kalt RF-bånd, til å sende bredbåndede RF-signaler. Siden den digitale enheten somprosesserer RF-signalene opererer på et lavere frekvensområde, må RF-signalet konverteres til og fra et såkalt basebånd. Superheterodyn-prinsippet er per dags dato den vanligste frekvenskonverterings-metoden til og fra basebåndet, men metoden begrenser ofte systemytelsen og tar stor plass. Av den grunn har denne masteroppgaven sett påSampling Down Conversion (SDC) og Sampling Up Conversion (SUC) som et alternativ for å flytte bredbåndede RF-signaler henholdsvis ned og opp i frekvens.Prinsippet og ytelsen til SDC og SUC er blitt analysert gjennom en studie av bakgrunnsteorien, simuleringer i MATLAB og praktiske laboratorieforsøk. Bakgrunnsteorien har tatt for seg en ideell beskrivelse av SDC og SUC, hvor prinsippet og komponentene som inngår i frekvenskonverteringen har blitt gjennomgått. Prinsippene blevidereført til MATLAB, hvor SDC og SUC har blitt simulert ved å flytte et RF-signal tilog fra et basebånd. Simuleringene tok utgangspunkt i det ideelle tilfellet, hvor enkeltebegrensninger påpekt i bakgrunnsteorien har blitt innført. For å verifisere simuleringeneble det utført praktiske laboratorieforsøk, hvor SDC og SUC har blitt demonstrert på eteksempelsystem med begrenset ytelse.Gjennom analysen er det blitt vist hvordan SDC konverterer et bredbåndet RF-signalned til basebåndet, ved å punktprøve direkte med en analog-til-digital-omformer (ADC).Resultatene viser hvordan kravet til ADCens analoge båndbredde øker, og hvordan SDCer ekstra følsomt for fasestøy i form av jitter. I oppkonverteringen fra basebåndet haranalysen vist hvordan SUC utfører frekvenskonverteringen, ved å båndpassfiltrere direk-te etter en digital-til-analog-omformer (DAC), og hvordan valget av DAC-type påvirkerytelsen. Resultatene viser hvorfor en return-to-zero (RTZ) DAC bør benyttes, og hvordan punktprøvingsfrekvensen påvirker frekvenskonverteringen. For både SDC og SUCviser resultatene hvordan båndpassfiltre med gode frekvensegenskaper, er helt sentraltfor ytelsen i ned- og oppkonverteringen.Siden frekvenskonverteringen foretas direkte på en ADC og DAC, føres den digitale enheten nærmere antennen, og den faktiske størrelsen minker i forhold til superheterodyn-prinsippet. En annen stor fordel er at fleksibiliteten øker ved at frekvenskonverteringen styres direkte av punktprøvingsfrekvensen. Hovedkonklusjonen til oppgaven er at SDC og SUC kan benyttes til frekvenskonvertering, samtidig som fleksibiliteten øker. Hvilket frekvensområde SDC og SUC kan operere under, er helt avhengig av kvaliteten på komponentene som benyttes. For å opprettholde akseptable ytelser har oppgaven vist hvordan det stilles strenge krav til komponentene som inngår i frekvenskonverteringen.