Couverture ElectroniqueS n°127

MICROWAVES &RF - FÉVRIER 2004La conversion directe est attractive dans les systèmes à multiporteuse W-CDMA du fait de sa simplicité et son faible coût. Malheureusement, cette architecture ne permet pas le filtrage du bruit en large bande, des fréquences images et des composantes parasites normalement effectué en fréquence intermédiaire.Pour faire migrer une station de base à porteuse unique vers une approche multiporteuse, il est nécessaire d'utiliser des composants à faible bruit ayant un point de compression très haut. Ces caractéristiques seront mises en évidence par l'examen d'un schéma de conversion directe avec une attention particulière sur le composant critique qu'est le modulateur I/Q (In-phase/quadrature).Une station de base W-CDMA monoporteuse émet typiquement à un niveau de 46 dBm (40 W). Le standard 3GPP spécifie des niveaux de puissance dans les canaux voisins et alternatifs inférieurs à - 45 et - 50 dBc respectivement, la mesure étant effectuée sur une bande de 3,84 MHz. Pour atteindre de telles performances, les composants sont utilisés en deçà de leurs niveaux de puissance maximale et des techniques de prédistorsion sont utilisées afin d'obtenir une meilleure linéarité. Lorsqu'on s'éloigne de la porteuse, les niveaux de performances requis sont dominés par la spécification du plancher de bruit (ou émissions parasites). Le plancher de bruit mesuré sur une bande de 1 MHz à une distance de 60 MHz de la porteuse (ou encore plus près en limite de bande) est ainsi de - 30 dBm.Dans le cas d'un spectre à quatre porteuses, la puissance par porteuse doit être réduite de 6 dB par rapport à une émission monoporteuse de puissance totale équivalente. La puissance pour chaque porteuse sera donc de 40 dBm mais avec des ratios de niveaux d'émission dans les autres canaux inchangés : - 45 et - 50 dBc et toujours - 30 dBm pour le plancher de bruit. Si le même ampli est utilisé pour une puissance par porteuse réduite de 6 dB, la distorsion d'intermodulation dans les canaux voisins est également diminuée puisque le nouveau point de fonctionnement pour chaque porteuse s'éloigne des points de compression à 1 dB et d'interception d'ordre 3. Le ratio de fuite dans le canal adjacent (ACLR) est alors censé s'améliorer, mais comme le plancher de bruit reste relativement constant, le rapport signal sur bruit se dégrade et affecte l'ACLR, qui dans le cas d'un schéma monoporteuse était dominé par la distorsion. De plus, les quatre porteuses se modulent entre elles et contribuent à dégrader l'ACLR. Ainsi, cette dernière caractéristique sera dégradée lorsqu'une configuration matérielle donnée passera d'un mode à monoporteuse à un mode à multiporteuse pour une puissance totale inchangée. Pour une performance optimale, il faut donc une chaîne de signal présentant le rapport signal sur bruit le plus élevé possible.Modulateur faible bruitDans une chaîne de conversion directe (figure), le signal issu du CNA est d'abord filtré pour éliminer les images de Nyquist et le bruit. L'émergence de modulateur I/Q faible bruit, rivalisant avec des CNA de résolution 14 à 16 bits, rend ce filtrage de plus en plus critique. Le filtre devra en effet agir au plus près du spectre en bande de base pour éliminer le plus de bruit possible, tout en prenant garde au fait qu'une coupure trop proche provoquera des variations du temps de propagation de groupe et dégradera l'amplitude du vecteur d'erreur. Ce signal est ensuite multiplié en quadrature par l'oscillateur local centré sur la fréquence de sortie désirée. A ce niveau, toute composante continue du signal d'entrée est également multipliée et représente une fuite de l'oscillateur local qui ne peut être filtrée et augmente le vecteur d'erreur.Le modulateur I/Q doit donc présenter une fuite la plus faible possible. Si le CNA et le modulateur sont directement couplés, cet effet peut être compensé numériquement sur le signal en bande de base, mais le modulateur devra alors avoir une dérive d'offset en température minimale. Il en est de même pour un éventuel décalage de phase imparfait entre le canal en phase et le canal en quadrature. Ensuite, le gain du PA sera choisi en fonction du niveau en sortie du modulateur. Un gain minimal ayant un impact réduit sur le bruit, le signal en sortie du modulateur devra présenter un niveau le plus élevé possible pour un bruit minimal.Enfin, il faudra se prémunir contre tout couplage par retour entre le PA et l'oscillateur local qui provoque une modulation de phase indésirable par tirage de l'oscillateur. L'implantation des composants sera déterminante à ce niveau.

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