軟件無線中的寬帶射頻前端

引言

隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字信號處理器(DSP)和A/D變換器的性能在成倍的提高，使得軟件無線電在技術(shù)實現(xiàn)上成為可能，從而引起了人們對于軟件無線電技術(shù)研究的興趣。軟件無線電的功能主要由軟件實現(xiàn)，通過運行不同的算法，實時的配置信號波形，從而提供各種語音編碼、信道調(diào)制、載波頻率、加密算法的無線電通信業(yè)務。

軟件無線電最初起源于軍事通信。由于軟件無線電的完全可編程性、軟件化、模塊化以及寬頻段多功能等特點，使得各種電臺很容易綜合為一個整體，能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型電臺間的直接互通，在提高各軍兵種協(xié)同作戰(zhàn)能力中發(fā)揮了重要作用。而且，功能的軟件化、模塊化，減輕了系統(tǒng)的尺寸、重量，同時縮短了開發(fā)周期，能夠方便地實現(xiàn)與新業(yè)務、新技術(shù)和通信標準的兼容。

理想的軟件無線電是一種“純軟件”的電臺，如圖1所示，A/D變換器單元緊靠射頻天線，除低噪聲放大器、功率放大器以及電源等模塊外，絕大部分功能均可通過DSP芯片采用軟件編程實現(xiàn)。無論在機械結(jié)構(gòu)還是電器特性上均采用模塊化、開放式結(jié)構(gòu)。然而，基于目前的技術(shù)水平，只能進行中頻處理。因此，仍需要一個靈活的寬帶射頻前端，對信號進行適當?shù)奶幚怼Ｒ韵箩槍浖o線電的實際特點，討論了實現(xiàn)模擬射頻前端的一些問題。

軟件無線電需要一個高品質(zhì)因數(shù)、寬帶、線性好的射頻前端?？紤]到軟件無線電臺對于電磁兼容和操作維護等靈活性的要求，寬帶射頻前端及功放作為一個獨立且可互換的電臺單元，必須是可編程的。作為調(diào)諧電路，在提高增益、抑制鏡頻、提高SNR和選擇性的同時，必須減少對軟件定義參數(shù)的限定，因此對于電臺的發(fā)射、接收部分在設(shè)計上提出了新的挑戰(zhàn)。

兩種結(jié)構(gòu)

軟件無線電可以采用兩種結(jié)構(gòu)：超外差型和直接變換型。超外差是傳統(tǒng)電臺普遍采用的結(jié)構(gòu)，而直接變換是近年來興起的，與超外差結(jié)構(gòu)相比在一些方面具有一定優(yōu)勢。直接變換結(jié)構(gòu)沒有鏡像響應，可以省去固定頻率的抑制鏡頻濾波器，并且，理論上一個去假頻基帶濾波器可以集成在LSI芯片上。但是，由于器件并非十全十美，直接變換接收機在零頻仍具有殘留的鏡頻響應。同時，下變頻混頻器中帶內(nèi)調(diào)制的大信號在直流成分附近會產(chǎn)生二階非線性失真，對于多信道接收機尤為嚴重。目前，直接變換接收機的主要應用方向是手持/便攜等對體積、功耗等方面要求高的通信任務。

由于超外差結(jié)構(gòu)一般在中頻A/D變換，而直接變換結(jié)構(gòu)采用基帶A/D變換。鑒于基帶A/D變換在理論和實踐上已經(jīng)成熟以及電臺軟件化的要求，我們當前研究的重點應是進行中頻高速A/D變換的超外差結(jié)構(gòu)。

寬帶射頻前端

寬帶射頻前端要求器件有較寬的頻率范圍，主要完成寬帶低噪聲放大、濾波、混頻、自動增益控制以及輸出功率放大等功能。借鑒美軍軟件無線電臺 Speakeasy的方案，射頻前端可分三段實現(xiàn)：2～30MHz，30～500MHz，500～2000MHz，做成可置換的標準化模塊(見圖2）。

這一部分與傳統(tǒng)的無線電臺基本相似，只是下變頻到10MHz左右的中頻即可，而不必用模擬電路處理到幾十KHz的基帶信號，從而簡化了射頻前端的實現(xiàn)，具有較大的實用性和靈活性。

設(shè)計中實際問題

由于接收機中有一些濾波器單元，在一定程度上降低了接收鏈路的動態(tài)范圍，而且這些濾波器只有固定的中心頻率和帶寬，調(diào)諧性能也較差。這些因素的綜合，嚴重影響了電臺的靈活性。考慮到電臺對體積、價格、性能等要求，在設(shè)計中應該盡量減少使用濾波器的數(shù)量。

減少濾波器數(shù)量，雖然提高了電臺的靈活性，但是卻對射頻/中頻模塊的線性要求很高。同時還要在混頻之前進行鏡頻抑制。然而，射頻前端的線性度和動態(tài)范圍比較有限，容易造成有用信號的失真，因此要采取一些補償技術(shù)。

放大器線性化

寬帶接收機系統(tǒng)，要求較高的動態(tài)范圍，而非線性放大器有較大的交調(diào)干擾和調(diào)諧失真，必然加大有用信號的失真，降低接收機的動態(tài)范圍。因此應盡量減少使用非線性放大器。