数字无线接收机的RF结构-Read.DOC

第一章 数字无线接收机的RF结构 无线数字接收机的射频结构 在最近的十年里，由于射频（RF）集成电路和高速数字信号处理器的快速发展，无线射频接收机的设计和制造得到了迅速的发展。对射频设计者来说，高速的信号处理器加上高性能的数模/模数转换器的进步，使得将更高的中频数字化成为可能。从而进一步减少了射频（RF）部分，并且在整体上提高了射频（RF）部分的性能。图1-1是一个现代无线数字接收机的功能模块框图。这里，射频的模拟部分被限制在信号前端，而几乎全部的基带和中频（IF）处理都是数字实现的。在这一章将详细介绍在射频（RF）和中频（IF）中所应用到的现代方法，这本书的其它章节将进一步介绍数字信号处理和传输数据的解码。 在这一章，我们将详述在RF和IF中涉及到的关于使用的软件无线电（SDR）的数字接收机的RF系统结构和信号处理运算原则中的重点。在2-11章中，主要讲述基带解调和同步技术。图1-2列出了在最近几年里，无线接收机中使用到的浮点和定点DSP。定点处理器比浮点处理器的处理速率高，但这样的高速率是以编程的复杂性为代价的。德州仪器最近开发的芯片C64xDSP是用于实现复杂的解码技术，如维特比（Viterbi）译码和特布（Turbo）译码，它能够极大地降低系统的复杂度，使得无线接收机的设计变得更加容易。 1.1外插Heterodyne和零插Homodyne接收机的结构 软件无线电（SDR）是实现多模多带无线终端的解决方案之一。通常，由于性能优越并且易于实现，大多数军用接收机都是用常规的外插结构来实现的。外插结构需要利用高Q射频high-Q radio frequency (RF)和中频intermediate frequency (IF)电路以及本地振荡器local oscillators (LO)。这将增加接收机的成本、体积和功耗，并且不易集成。作为选择，直接变换接收机direct-conversion receivers (DCR)是一类在成本、体积和功耗方便表现都比常规外插结构都好的接收机。然而，由于一些与设计相关的问题使DCR只能在有限的地方被使用。DCR的限制因素包括LO频率泄漏LO leakage，直流偏置DC offset，I/Q支路不均衡imbalance，抖动噪声flicker noise (1/f noise)，2阶互调干扰2nd-order inter-modulation，还有，必须在线性前端要使用高动态范围的模数转换器。有很多方法可以减小这些在硬件中存在的问题。通过估计和补偿来降低因为使用DSP带来的硬件损伤是很有意义的。这包括一些实际的生产问题，诸如组件兼容component tolerances、老化和labor by reducing the interaction between the DSP and RF subsystems（由于降低了dsp和rf之间的互感引起的labor，这个怎么翻译？）从而实现全自动化生产和测试。因此，这也在真正意义上实现了可重配置终端。 最老也应用最普遍的接收机结构就是外插接收机，如图1-3所示。高Q部分high-Q parts，比如在前端的第一中频和镜像抑制滤波器the image rejection (IR) filters，是造成系统难以集成的罪魁祸首。在图1-3中，接受到的RF信号先进入一个预选择滤波器滤波Pre-selection Filter然后再经由低噪放大器low noise amplifier (LNA)放大。接下来，信号被下变频到第一中频，第一中频信号再次下变频到另一个更低的中频上，在这个频带上，信号可以被很好的抽样并且使其满足模数转换器的动态范围。模数转换的抽样速率一般在10-50MHz，并且将得到的数字抽样信号传送给数字下变频器digital down converter (DDC)。DDC将数字中频信号变换成基带信号。然后，利用抽取decimation和滤波技术获得每符号采样的最终数字the final number of samples-per-symbols，这些数字用于最后的解调和比特译码。图1-4、1-5、1-6表示外插接收机在各种商用系统中的应用实例。 使用外插结构的接收机最主要的特点是他们的高的频率选择性和镜像抑制image rejection。这些特性是由于使用了high-Q filters 和双变频结构。这种结构的缺点是由于使用了high-Q filters 和双变频结构（有时候甚至是三次变频），使得系统很难集成在一片芯片或者一小块芯片组中。此外，由于双变频结构以及大部分增益集中在射频阶段，系统不得不消耗相当可观的直流能量，所以无法在依赖电池供电的移动设备中的长时间的使用。还有，由于第二中频变换通常与基带带宽相匹配，这就使得这种