軟件無(wú)線電中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器

所謂軟件無(wú)線電,就是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù),在可編程控制的應(yīng)用硬件平臺(tái)上,利用軟件來(lái)定義實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各部分功能:包括前端接收、中頻處理以及信號(hào)的基帶處理等。即整個(gè)無(wú)線電臺(tái)從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議全部由軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。其核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器,盡早地完成信號(hào)的數(shù)字化,使得無(wú)線電臺(tái)的功能盡可能地用軟件來(lái)定義和實(shí)現(xiàn)。總之,軟件無(wú)線電是一種基于數(shù)字信號(hào)處理(DSP)芯片,以軟件為核心的嶄新的無(wú)線電通信體系結(jié)構(gòu)。既然要采用數(shù)字技術(shù),必不可少的器件就是要使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器,而A/D/A在軟件無(wú)線電中的位置是非常關(guān)鍵的,它直接影響到軟件無(wú)線電的軟件化程度。

1 轉(zhuǎn)換器(A/D、D/A)的位置

目前轉(zhuǎn)換器的主要應(yīng)用選擇方式有三種,即基帶(Baseband)、中頻(IF)和射頻(RF)。

1.1 基帶數(shù)字化

傳統(tǒng)的超外差接收機(jī)是一種模擬和數(shù)字電路相結(jié)合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(如圖1所示),在這種接收機(jī)結(jié)構(gòu)中,它的前端全部采用模擬信號(hào),混頻器在RF級(jí)接收已調(diào)載波并下變頻到一中頻。與RF相比,在IF級(jí)更容易制作廉價(jià)濾波器電路,以衰減不需要的信號(hào)和混頻分量及噪聲。這時(shí)的RF級(jí)混頻器需要一個(gè)可變頻率振蕩器(VFO),可調(diào)整其頻率使之調(diào)諧于有用信號(hào),而IF級(jí)的混頻器則需要一個(gè)固定頻率振蕩器。對(duì)模擬信號(hào)的數(shù)字化采樣處理僅僅是在基帶部分采用A/D/A,然后再用DSP進(jìn)行數(shù)字處理。

這種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于技術(shù)比較成熟,模擬低損耗的RF器件和IF器件比較容易實(shí)現(xiàn)。但接收支路的動(dòng)態(tài)范圍大,為了滿足整個(gè)系統(tǒng)的指標(biāo),要在接收支路設(shè)置AGC電路,來(lái)控制接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。這樣一來(lái),就對(duì)AGC電路的響應(yīng)速度提出了較高的要求,其速度必須適應(yīng)每個(gè)時(shí)隙的要求。另外,電路受元器件老化和溫度的影響,造成性能的變化,也是不可忽視的。而且,這種設(shè)計(jì)把整個(gè)接收鏈路只用于一個(gè)解調(diào)信號(hào)或信道,如果要增加一路載波,就要添加一整套相同的從RF變換到基帶的設(shè)備,代價(jià)很大。因此,在軟件無(wú)線電中,不采用這種電路結(jié)構(gòu)形式。

1.2 中頻數(shù)字化

現(xiàn)在的A/D變換器已足以在中頻(IF)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化,如圖2所示。此時(shí),由于LO(本地振蕩器)輸出一個(gè)固定頻率,不需要調(diào)諧IF混頻器,從而使電路更簡(jiǎn)單。

目前,已經(jīng)出現(xiàn)了一些在IF能使多個(gè)信道的信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的A/D變換器,這給必須同時(shí)處理多個(gè)信道的接收機(jī)(如基站)帶來(lái)了極大的好處。因?yàn)閿?shù)字化的IF中包含了來(lái)自所有相關(guān)信道的信息,只需要一個(gè)RF前端,體現(xiàn)了軟件無(wú)線電的通用性。由圖2可以看出,把寬帶數(shù)字化信號(hào)直接送入到DSP中,并用軟件實(shí)現(xiàn)其后的所有其它功能(如調(diào)制、解調(diào)、編/解碼、加/解密等)。由于DSP可以用軟件來(lái)調(diào)整和更新,從而可以適應(yīng)不同的空中信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)以及今后的技術(shù)更新,擺脫了更新硬件結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)。

從目前的技術(shù)能力來(lái)看,從高速、高分辯率的A/D獲得數(shù)據(jù)后,再用DSP處理來(lái)完成所有的處理任務(wù)是不現(xiàn)實(shí)的。好在有公司開發(fā)出了專用器件――下變頻器DDC來(lái)執(zhí)行大部分的IF處理工作。DDC對(duì)一個(gè)數(shù)字化的輸入進(jìn)行下變頻后,再抽取和低通濾波,從而輸出一個(gè)低比特率的基帶信號(hào),使得DSP擺脫了這些重復(fù)的處理工作,去完成其它處理任務(wù)。

在IF級(jí)采用數(shù)字化技術(shù)除了可以進(jìn)行多信道操作外,還可以獲得其它好處。如一個(gè)DDC根據(jù)公式10log其中Bw為信道帶寬,Fs為采樣頻率,可以增加處理增益,從而增大了鏈路的信噪比(SNR),一般認(rèn)為可有20dB的處理增益。