通過直接變頻接收機實現(xiàn)多標(biāo)準(zhǔn)/多頻段接收

　　移動蜂窩運營商一直渴望著能夠通過部署可實現(xiàn)現(xiàn)場可編程來提供各種移動業(yè)務(wù)的通用無線基礎(chǔ)設(shè)施。最終，在蜂窩業(yè)務(wù)流量比較高的地區(qū)所部署的無線基礎(chǔ)設(shè)施要求能夠提供動態(tài)靈活度，使射頻硬件能適應(yīng)不斷變化的信號條件。多標(biāo)準(zhǔn)/多頻段射頻設(shè)計通過提供可以經(jīng)簡單定制就能滿足部署需求的設(shè)備指配，有助于解決上述難題。相對于傳統(tǒng)的接收機，先進(jìn)的直接變頻為現(xiàn)場可編程射頻設(shè)計提供了一個具有競爭力的解決方案，并節(jié)省了成本，另外還具有潛在的性能優(yōu)勢。此外，在利用單一硬件方案來解決多頻段接收時，直接變頻架構(gòu)提供了更大的自由度。這是一種正在使高性能的多標(biāo)準(zhǔn)/多頻段射頻設(shè)計成為現(xiàn)實的、更具成本效益的解決方案。本文將討論3G和4G蜂窩應(yīng)用中直接變頻接收機的性能和優(yōu)點。

　　高性能直接變頻信號鏈

　　直接變頻接收機將射頻已調(diào)載波直接解調(diào)到可以直接檢測信號并恢復(fù)所傳信息的基帶頻率。直接變頻架構(gòu)最早發(fā)明于1932年，用來替代超外差接收機。由于省去了中頻級，因而元器件數(shù)量也減少，使其成為一個具有吸引力的解決方案。通過省去所有的中頻級，將信號直接變頻到零中頻，消除了超外差架構(gòu)中所存在的鏡像問題。不過，直接變頻架構(gòu)也存在一些挑戰(zhàn)，包括本振泄漏、直流偏置、失真大，這都使得實際實現(xiàn)變得很困難。不過，目前集成射頻電路技術(shù)的最新進(jìn)展，已使得傳統(tǒng)的直接變頻(零差拍)架構(gòu)可以用于寬帶高性能接收機應(yīng)用。

　　圖1：寬帶直接變頻接收機架構(gòu)。

　　圖1所示為寬帶直接變頻接收機架構(gòu)。在信號鏈中，已標(biāo)出一些關(guān)鍵器件的指標(biāo)。接收機信號通道從連接到一個雙工器的天線口開始。雙工器通常用于頻分雙工(FDD)系統(tǒng)，如W-CDMA和某些版本的WiMAX。該雙工濾波網(wǎng)絡(luò)確保發(fā)射機不會產(chǎn)生太多的許可頻段之外的有害能量，同時有助于抑制接收機輸入過驅(qū)引入的任何帶外有害信號。通常，在幾級低噪聲放大器之后，都會跟有附加的頻段可選濾波以及衰減/匹配網(wǎng)絡(luò)，目的是優(yōu)化有用頻率范圍內(nèi)的接收性能。圖示中的幾級LNA提供了極好的寬帶性能，還利用外部調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)提升了窄帶性能。而在接收機需要解決一個非常寬的頻段接收時，也許有必要采用一個開關(guān)矩陣來配置專門為一些特定頻段優(yōu)化的天線網(wǎng)絡(luò)和LNA前端。在低噪聲前端之后，利用IQ解調(diào)器將有用載波頻率下變頻到基帶頻率，一個與有用信號的載波頻率相同的本振信號加到I/Q混頻器上，在基帶I/Q輸出口，產(chǎn)生和頻與差頻，而低通濾波器抑制和頻，只允許差頻通過。對于零中頻來說，所展現(xiàn)的差頻就是有用信號的基帶包絡(luò)。利用可變增益放大有利于量化濾波后的基帶I/Q信號的幅度。利用VGA可以將I/Q信號電平調(diào)整到模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的最佳電平。通常，在ADC之前還需要加入額外的濾波，以確保不會將高頻噪聲和可能的泄漏、或者干擾混疊到有用信號分析帶寬內(nèi)。

　　接收機動態(tài)范圍

　　該接收機采用了可以提供寬頻段覆蓋和瞬時大動態(tài)范圍的高性能射頻集成電路。瞬時動態(tài)范圍是用在多載波應(yīng)用環(huán)境中所有接收機的一個關(guān)鍵指標(biāo)，因為這里與有用信號相鄰的可能是一些功率電平很高的強干擾信號。雙音SFDR能夠使系統(tǒng)設(shè)計師對非線性特性進(jìn)行更精確的預(yù)測。而通常的實際做法是，利用單音或雙音干擾信號，測試接收機在強信號阻塞條件下的恢復(fù)能力。通過研究雙音激勵條件下接收機的非線性特性，能夠計算各種截點，有助于對接收機量化以及為失真性能和總動態(tài)范圍進(jìn)行建模。

　　圖2：圖1中所示接收機的雙音互調(diào)性能。