直接變頻接收機(jī)實(shí)現(xiàn)多標(biāo)準(zhǔn)/多頻帶運(yùn)行

蜂窩網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商一直希望能夠部署通用型無線基礎(chǔ)架構(gòu)，以便通過現(xiàn)場編程提供各種蜂窩業(yè)務(wù)。在蜂窩業(yè)務(wù)量密集地區(qū)部署的無線基礎(chǔ)設(shè)施最終需要提供動態(tài)靈活性，以允許無線電硬件適應(yīng)不斷變化的信號狀態(tài)。多標(biāo)準(zhǔn)/多頻帶無線電設(shè)計(jì)提供的設(shè)備指配可以經(jīng)過裁剪定制滿足上述部署需求，從而幫助運(yùn)營商解決這一難題。

現(xiàn)代直接變頻技術(shù)可為現(xiàn)場可編程無線電設(shè)計(jì)提供極具吸引力的解決方案，并提供比傳統(tǒng)接收器解決方案更高的性價(jià)比和潛在性能優(yōu)勢。另外，直接變頻架構(gòu)能夠使用單一硬件解決方案在多頻帶運(yùn)行方面提供更多的自由度。因此，直接變頻架構(gòu)無疑是更具成本效益的解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的多標(biāo)準(zhǔn)/多頻帶無線電設(shè)計(jì)。本文將討論直接變頻接收器信號鏈在3G和4G無線蜂窩應(yīng)用環(huán)境中的性能和優(yōu)點(diǎn)。

高性能直接變頻信號鏈的組成

直接變頻接收器可以直接將RF調(diào)制載波解調(diào)為基帶頻率，其中的信號被直接檢出，同時(shí)恢復(fù)承載的信息。直接變頻架構(gòu)最早是在1932年開發(fā)的，用于替代超外差式接收機(jī)。由于取消了中頻（IF）級電路，元件數(shù)量有顯著減少，因此直接變頻架構(gòu)是一種極具吸引力的解決方案。

由于省去了中頻級電路，并將信號有效地直接變頻成零中頻頻率，設(shè)計(jì)師就可以忽略與超外差式架構(gòu)有關(guān)的鏡像問題。然而，直接變頻也帶來了新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，包括本振泄漏、直流偏移和性能失真等，這些都使得實(shí)際的實(shí)現(xiàn)過程更加困難。不過隨著集成式RF電路技術(shù)的最新發(fā)展，傳統(tǒng)直接變頻（零中頻）架構(gòu)已能應(yīng)用于寬帶高性能接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)。

圖1：寬帶直接變頻接收機(jī)。

寬帶直接變頻接收機(jī)框圖如圖1所示。一些較關(guān)鍵的元件規(guī)格在信號鏈中作了高亮顯示。接收機(jī)信號路徑從天線端口開始，并連接到雙工器。雙工器經(jīng)常用于頻域雙工（FDD）系統(tǒng)，如W-CDMA和某些版本的WiMax。雙工濾波器網(wǎng)絡(luò)確保發(fā)射機(jī)不會產(chǎn)生過多許可頻帶之外的無用能量，同時(shí)有助于抑制無用的帶外信號，避免過度驅(qū)動接收機(jī)輸入。

通常情況下，多個(gè)低噪聲放大器（LNA）級后面會連接額外的選頻濾波電路，以及為了優(yōu)化感興趣頻率范圍內(nèi)的性能而設(shè)計(jì)的補(bǔ)充/匹配網(wǎng)絡(luò)。用于演示用途的這些LNA電路具有非常好的寬帶性能，并能通過外部調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)提供更好的窄帶性能。在接收機(jī)需要滿足非常寬范圍的頻帶的應(yīng)用中，有必要使用一組開關(guān)矩陣，以便對不同的天線網(wǎng)絡(luò)和已經(jīng)針對特定頻帶作過優(yōu)化的LNA電路級進(jìn)行配置。

在低噪聲前端之后，所需載頻將通過IQ解調(diào)器下變頻為基帶頻率。本地振蕩器（LO）被應(yīng)用于載頻與有用信號相同的I和Q混頻器。這將在基帶I/Q輸出端口產(chǎn)生和頻與差頻，而輸出端口處的低通濾波器將極大地抑制和頻，只允許差頻信號通過。對于零中頻架構(gòu)，差頻代表的是有用信號的基帶包絡(luò)。利用可變增益放大器（VGA）調(diào)整濾波后的基帶I/Q信號幅度通常具有很大的優(yōu)勢。VGA可以將I/Q信號電平調(diào)整到適合模數(shù)轉(zhuǎn)換的最佳電平。一般來說，會在模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）之前應(yīng)用額外的濾波電路，以確保高頻噪聲和電位泄漏或干擾音不會向后混疊進(jìn)有用信號的分析帶寬。

圖2：圖1所示接收機(jī)的雙音互調(diào)性能。

接收機(jī)動態(tài)范圍

接收機(jī)使用的高性能RF集成電路具有寬頻覆蓋范圍和很高的瞬時(shí)動態(tài)范圍。瞬時(shí)動態(tài)范圍對任何需要工作在多載頻環(huán)境中的接收機(jī)來說都是關(guān)鍵指標(biāo)，在這種環(huán)境下有用信號可能存在功率電平非常大的相鄰干擾信號。雙音SFDR可以為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供對非線性行為的更準(zhǔn)確預(yù)測。常見的做法是，使用單音和雙音干擾信號測試接收機(jī)在大信號強(qiáng)干擾條件下的恢復(fù)能力。通過研究在雙音激勵(lì)下接收機(jī)的非線性行為可以計(jì)算各種截取點(diǎn)，這些截取點(diǎn)有助于對接收機(jī)的失真性能和總體動態(tài)范圍能力進(jìn)行量化和建模。

圖2描繪了當(dāng)兩組與有用信號頻率非常接近的CW（連續(xù)波）干擾音出現(xiàn)時(shí)接收機(jī)的I+jQ輸出頻譜。在這種測試情況下，輸入信號電平在－30dBm左右。這是一種非常惡劣的強(qiáng)干擾情景，比3G和4G蜂窩系統(tǒng)中要求的任何標(biāo)準(zhǔn)特定強(qiáng)干擾測試條件都要嚴(yán)重得多。在采樣接近或處于基帶頻率的信號時(shí)，來自二階、三階、四階甚至五階和七階非線性的諧波失真可能會限制大信號輸入條件下的性能。特別要指出的是，I/Q解調(diào)器的非線性行為必須足夠適當(dāng)，以確保從有用和無用信號產(chǎn)生的互調(diào)項(xiàng)不會破壞感興趣的有用信號。