Receptores de Radiofrecuencia: Conceptos y Arquitecturas
Conceptos Clave en Receptores de RF
- Sensibilidad: Se evalúa en términos de la tensión o potencia mínima necesaria a aplicar a los terminales de entrada (antena) para obtener a la salida una señal con una calidad adecuada.
- Selectividad: Se mide en términos de la relación entre las potencias de entrada necesarias de la señal interferente y de la deseada para producir el mismo nivel de señal a la entrada del demodulador.
- Fidelidad: Capacidad del receptor para reproducir las características de modulación de la señal recibida con un nivel de distorsión inferior a uno especificado.
- Receptor: Subsistema electrónico que debe procesar la señal recibida por la antena, seleccionar la portadora deseada y recuperar a partir de la misma señal de información en banda base con una calidad adecuada.
Arquitecturas de Receptores
Homodinos / Conversión Directa / Cero Frecuencia Intermedia
Ventajas
- Arquitectura simple.
- Integrable todo el Rx en un solo chip (Tecnología RFIC).
- No es preciso un plan de frecuencias para seleccionar la frecuencia intermedia.
- No hay frecuencia imagen, luego no se necesita filtro de frecuencia imagen.
- La amplificación se hace en banda base.
Inconvenientes
- Offset en continua en la banda base.
- Ruido Flicker del oscilador local.
- Necesidad de alta ganancia en los amplificadores de RF – Autoosciladores.
- Fugas del oscilador local – Problemas de aislamiento entre puerto LNA y LO del mixer. «Self-mixing leakaging«.
- Dificultad de filtrado en RF si el ancho de banda relativo es elevado.
- Productos de intermodulación de 2º orden y órdenes pares en general.
- Desequilibrio entre los canales I y Q.
Heterodinos / Conversión Indirecta / Frecuencia Intermedia
Ventajas
- Amplificación en varias etapas y a frecuencias diferentes.
- El filtrado más selectivo se hace a frecuencias más bajas.
- No requiere filtros sintonizables.
- Mejor aislamiento entre etapas de BB y RF.
- Se puede optimizar el compromiso entre Sensibilidad (bajo factor de ruido, alta amplificación) y Fidelidad o Linealidad (gran valor de IIP3).
- Elevada Selectividad.
Inconvenientes
- Se necesitan filtros discretos para obtener el Q apropiado.
- Imposibilidad tecnológica para integrar todo el Rx en un único Chip.
- Mayor complejidad y precio.
- Se requiere un cuidadoso Plan de Frecuencias: Canalización, Frecuencia Intermedia.
- Necesidad de rechazar la Frecuencia Imagen.
Baja Frecuencia Intermedia
Ventajas
- Usa FI pequeña (KHz – MHz) dependiendo del ancho de banda de la señal en RF.
- Trata de utilizar las ventajas de las arquitecturas Homodina y Heterodina.
- No tiene problemas de offset en continua.
- Puede usarse con formato de modulación de muchos niveles (8PSK y más altos).
- Al ser FI baja, los filtros y amplificadores son fáciles de integrar. Todo el Rx en un RFIC.
- Se minimiza el problema del ruido Flicker porque la señal tiene una FI.
Inconvenientes
- Problema de rechazo de Frecuencia Imagen porque está muy cerca de la portadora.
- Necesidad de gran precisión en el procesado de canales I y Q para eliminar efecto de Frecuencia Imagen.
- Necesidad de sofisticadas técnicas de mezclado de señales para eliminar la imagen (Método Hartley y Weaver).
- Necesario un conversor ADC de buena calidad (margen dinámico alto).
Tipos de Radio
Radio Definida por Software (SDR)
Es un sistema de comunicación vía radio donde los componentes que tradicionalmente se han realizado mediante hardware se implementan por medio de software en un ordenador personal o en hardware embebido en el sistema.
Radio Adaptativa
El sistema de comunicaciones tiene algún medio de monitorizar su propio funcionamiento y de cambiar sus parámetros operativos para mejorar dicho funcionamiento.
Radio Cognitiva
El sistema de comunicaciones es «consciente» de su estado interno y del entorno en el que opera, por ejemplo, su localización geográfica y el uso del espectro de RF en la misma. El sistema puede tomar decisiones acerca de su funcionamiento y contrastarlas con los objetivos previos definidos.
Radio Inteligente
Es un sistema de radio cognitivo que dispone de la capacidad de aprendizaje. Esto le permite ser capaz de mejorar consecutivamente la forma en que se va adaptando a sus parámetros reales de funcionamiento y al entorno operativo para lograr la mejor calidad posible para el usuario final.
Parámetros de Rendimiento
Suelo de Ruido
-174 dBm (Limitación KT) + NF (Factor Ruido) + 10logBW (Ancho de Banda)
Margen Dinámico Libre de Espurios (SFDR)
Margen de potencia de entrada en el cual los productos de intermodulación de 3er orden están por debajo del nivel mínimo detectable.
SFDR = (2/3) * (IIP3 – Suelo de Ruido) – SNRmin
Margen Dinámico de Bloqueo (BDR)
Margen de potencia de entrada en el cual los productos de intermodulación de 3er orden están por debajo del nivel mínimo de señal detectable.
BDR = Pin(-1dB) – Suelo Ruido – SNRmin
Nivel Mínimo de Señal Detectable (MDS)
MDS = Suelo de Ruido + SNRmin