软件无线中的宽带射频前端

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1、软件无线中的宽带射频前端

2、第1内容加载中...摘要：本文简要介绍了软件无线电的概念、特点和基本结构，着重分析了软件无线电技术对射频前端的性能要求，以及射频前端设计中的实际问题。关键词：软件无线电宽带射频前端前馈ADC引言随着微电子技术的迅速发展，数字信号处理器(DSP)和A/D变换器的性能在成倍的提高，使得软件无线电在技术实现上成为可能，从而引起了人们对于软件无线电技术研究的兴趣。软件无线电的功能主要由软件实现，通过运行不同的算法，实时的配置信号波形，从而提供各种语音编码、信道调制、载波频率、加密算法的无线电通信业务。500)th

3、is.style.ouseg(this)">软件无线电最初起源于军事通信。由于软件无线电的完全可编程性、软件化、模块化以及宽频段多功能等特点，使得各种电台很容易综合为一个整体，能够实现不同类型电台间的直接互通，在提高各军兵种协同作战能力中发挥了重要作用。而且，功能的软件化、模块化，减轻了系统的尺寸、重量，同时缩短了开发周期，能够方便地实现与新业务、新技术和通信标准的兼容。理想的软件无线电是一种“纯软件”的电台，如图1所示，A/D变换器单元紧靠射频天线，除低噪声放大器、功率放大器以及电源等模块外，绝大部分功能均可通过DSP芯片采用软

4、件编程实现。无论在机械结构还是电器特性上均采用模块化、开放式结构。然而，基于目前的技术水平，只能进行中频处理。因此，仍需要一个灵活的宽带射频前端，对信号进行适当的处理。以下针对软件无线电的实际特点，讨论了实现模拟射频前端的一些问题。软件无线中的射频前端系统要求理想的软件无线电台应完全数字化，一般要求在数字化处理之前仅做极少的模拟处理，这样才能使整个电台系统具有充分的灵活性。然而，由于目前工艺水平和技术的限制，A/D转换器以及DSP芯片的性能仍达不到所需的技术指标，使得这种构想无法付诸实践。根据RF频率和奈奎斯特采样定理可知，若AD

5、C直接置于接收机的射频前端，要求A/D变换器高端采样速率至少为6GHz，且应该具有120dB以上的无杂散噪声动态范围（SFDR）。而实际中的A/D转换器最多仅能提供20MHz的带宽和80dB的SFDR，几种A/D转换器的性能指标如表1所示，远远达不到系统要求。若再考虑功耗问题，ADC的高功耗需求很难使电台成为便携式。理论计算，对于1个采样保持A/D转换器件（5GHz，18bit）的最小功率也要超过10SPS）功耗SNR（dB）SFDR(dB)AD90421241+5V/575mAX10085005V/5.2Hz，30～500MHz

6、，500～2000MHz，做成可置换的标准化模块(见图2）。500)this.style.ouseg(this)">这一部分与传统的无线电台基本相似，只是下变频到10MHz左右的中频即可，而不必用模拟电路处理到几十KHz的基带信号，从而简化了射频前端的实现，具有较大的实用性和灵活性。设计中实际问题由于接收机中有一些滤波器单元，在一定程度上降低了接收链路的动态范围，而且这些滤波器只有固定的中心频率和带宽，调谐性能也较差。这些因素的综合，严重影响了电台的灵活性。考虑到电台对体积、价格、性能等要求，在设计中应该尽量减少使用滤波器的数量。

7、减少滤波器数量，虽然提高了电台的灵活性，但是却对射频/中频模块的线性要求很高。同时还要在混频之前进行镜频抑制。然而，射频前端的线性度和动态范围比较有限，容易造成有用信号的失真，因此要采取一些补偿技术。放大器线性化宽带接收机系统，要求较高的动态范围，而非线性放大器有较大的交调干扰和调谐失真，必然加大有用信号的失真，降低接收机的动态范围。因此应尽量减少使用非线性放大器。减少信号失真的一种最有效的方法是对输入信号进行分路，独立地放大每一路信号，然后进行合路。由于只是将信号分路，所以每个信道在分路时的损耗可在合路时进行补偿。此时分路网络中

8、的噪声指数取决于放大器的噪声指数以及分路单元的插入损耗。随着路径数目的增加，网络的复杂性和插入损耗也会上升。500)this.style.ouseg(this)">为了进一步消除干扰噪声，可对放大器进行线性化。前馈或笛卡儿反馈回路就具有线性补偿能力，尤其前馈技术，能充分满足软件无线电对带宽和噪声指数的需求。基本原理是：首先获取一个偏差信号，此信号仅包含放大器造成的失真成分，然后在放大器的输出中减去偏差信号，从而得到线性度较好的有用信号。前馈补偿网络如图3所示，基本过程是：首先将输入信号分到两个相同的通路：两条路径的延迟时间相同，每

9、一通路分得的信号比例可以不同。主路径信号由主放大器G1放大（失真主要从这里产生）。直接耦合线圈C1从主放大器输出信号中耦合一部分信号，并将其送至减法器，在减法器中减去次路径分离出的同相信号，相减的结果是获取了一个偏差信号，此信号中包含了来自主放大器