软件无线电原理与技术第6章 软件无线电发射机.ppt

6.1 上变频 6.2 外差式发射机 6.3 零中频发射机 6.4 低中频发射机 6.5 宽中频发射机 6.6 正交失配的补偿 6.7 内插的应用 6.8 信道化发射机 6.9 射频线性化 6.10 数字上变频器DUC 6.1.2 复混频上变频　　复混频上变频也称为正交上变频，由于正交上变频可以完成多种调制信号的产生，而一般的实混频上变频不适用于相位调节，因此在软件无线电中一般采用正交上变频方式。其结构如图6-2所示。 　　图6-3(a)为原始信号频谱，图6-3(b)为经过3倍内插后的信号频谱，图6-3(c)为通过带通滤波器后形成上变频的信号频谱。 　　总体上讲，外差式发射机结构具有很多优点。　　(1) 发射的射频信号由复信号转换为实信号是在固定的本地振荡器频率上实现的，因此本地振荡器仅需要在一个单一频率上实现相位正交和幅度平衡，这很容易实现，而且可以通过数字信号处理器用数字的方法实现。　　(2) 整个系统性能良好。　　外差式发射机的缺点也非常明显。　　(1) 需要多级变换，系统复杂度较高。　　(2) 需要至少两个本地振荡器。　　(3) 需要特定的中频滤波器，这样不可能在单片上实现这种结构的接收机。 6.2.1 模拟中频发射机　　在采用模拟中频的外差式发射机中，数字基带I、Q 信号经过DAC转换变换成模拟I、Q信号，模拟I、Q 信号经过模拟低通滤波器滤波后，分别与正交的两路本振信号混频后进行叠加，转变成模拟中频调制信号。模拟中频调制信号经过中频滤波器后与射频本振混频，转换成射频调制信号。最后射频调制信号经过功率放大器、射频滤波器后，通过天线发射出去。　　在这个结构中需要两个DAC，如图6-5所示。在大多数应用中，DAC工作在基带，速率较低，而DAC一般在低速率情况下具有高的SFDR特性，且功耗较低，可以有余量进一步内插，以降低后级滤波器的难度。 6.2.2 数字中频发射机　　在数字中频发射机中，来自基带处理器的基带I、Q 信号经过数字滤波器进行数字信号处理后，分别与正交的两路中频信号数字混频后叠加，转变为数字中频信号，然后通过DAC转换器转换成模拟调制信号。中频模拟信号经过中频滤波器后与射频本振混频转换成射频调制信号。最后，射频调制信号通过功率放大器、射频滤波器后由天线发射。 　　数字中频发射机结构是对模拟中频外差式发射机的改进，改进表现为：一是数字中频发射机的前端是宽带收发信机前端，处理信号带宽大，动态范围大，可扩展性好；二是数字中频发射机在中频实现数/模转换，可以减少模拟环节，使前端引入的噪声更少，信号失真更少，电路更简洁。同时这些改进对射频器件、 数/模转换器和数字信号处理部分提出了更高的要求。　　这种结构如图6-6所示。图6-6中，DAC的使用数量仅有一个，但中频的频率范围约为数十兆赫兹，这需由DAC产生，因此对DAC性能的要求更为严格，且需要较高的SFDR等性能。 　　零中频发射机的突出优点是没有中频、不需中频放大、滤波、变频等电路，同时放宽了对变频后滤波器的性能要求，甚至可以不需要滤波器，从而极大地减小了发射机的体积、重量、功耗和成本，结构简单，集成度高。但这项技术也存在很多缺点，如正交调制信号和正交本振信号的相位和幅度不平衡，对直流偏移失真非常敏感等，因此会导致严重的边带和本振泄漏。根据本振的情况，可以将零中频发射机分为模拟正交直接发射机和数字正交直接变换发射机。 　　零中频发射机的优点如下：　　(1) 系统层次少，复杂度低，适于集成电路实现。　　(2) 由于没有中频，因此镜像信号与所需信号是完全重合的，对滤波器的需求大为简化。 　　零中频发射机的缺点如下：　　(1) 在使用频率范围内，本地振荡器需要保证相位正交和幅度均衡的两路输出。另外，I、Q两路的增益和相位也需要均衡。　　(2) 有直流偏移失真。　　(3) 需要宽带混频器。　　(4) 功放线性化电路需要工作在整个宽的频带内。　　(5) 本地振荡器产生的本振信号会通过天线泄漏出去。　　(6) 零中频发射机只有一级APC (自动功率控制) 控制，因此动态范围相对较小。 6.3.1 模拟正交直接变换发射机　　模拟正交直接变换发射机是常规外差式发射机的改进，模拟射频部分与超外差式发射机相同，不同的是省去了模拟中频级的处理，直接进行上变频。在这种发射机中，数字基带I、Q 信号经过DAC转换成模拟I、Q 信号，该DAC的采样速率为输出带宽的Nyquist速率，模拟I、Q 信号经模拟低通滤波器滤波后，分别与正交的两路射频载波信号混频，而后进行叠加，转换成模拟射频调制信号。　　滤波器的作用类同于接收机中的滤波器，都是滤除镜像信号，DAC后面的低通滤波器滤除DAC产生的镜像信号。这种发