直接变频接收机可实现多标准/多频段接收

           移动蜂窝运营商一直渴望着能够通过部署可实现现场可编程来提供各种移动业务的通用无线基础设施。最终，在蜂窝业务流量比较高的地区所部署的无线基础设施要求能够提供动态灵活度，使射频硬件能适应不断变化的信号条件。多标准/多频段射频设计通过提供可以经简单定制就能满足部署需求的设备指配，有助于解决上述难题。相对于传统的接收机，先进的直接变频为现场可编程射频设计提供了一个具有竞争力的解决方案，并节省了成本，另外还具有潜在的性能优势。此外，在利用单一硬件方案来解决多频段接收时，直接变频架构提供了更大的自由度。这是一种正在使高性能的多标准/多频段射频设计成为现实的、更具成本效益的解决方案。本文将讨论3G和4G蜂窝应用中直接变频接收机的性能和优点。 

           高性能直接变频信号链 

           直接变频接收机将射频已调载波直接解调到可以直接检测信号并恢复所传信息的基带频率。直接变频架构最早发明于1932年，用来替代超外差接收机。由于省去了中频级，因而元器件数量也减少，使其成为一个具有吸引力的解决方案。通过省去所有的中频级，将信号直接变频到零中频，消除了超外差架构中所存在的镜像问题。不过，直接变频架构也存在一些挑战，包括本振泄漏、直流偏置、失真大，这都使得实际实现变得很困难。不过，目前集成射频电路技术的最新进展，已使得传统的直接变频(零差拍)架构可以用于宽带高性能接收机应用。

图1：宽带直接变频接收机架构。

             图1所示为宽带直接变频接收机架构。在信号链中，已标出一些关键器件的指标。接收机信号通道从连接到一个双工器的天线口开始。双工器通常用于频分双工(FDD)系统，如W-CDMA和某些版本的WiMAX。该双工滤波网络确保发射机不会产生太多的许可频段之外的有害能量，同时有助于抑制接收机输入过驱引入的任何带外有害信号。通常，在几级低噪声放大器之后，都会跟有附加的频段可选滤波以及衰减/匹配网络，目的是优化有用频率范围内的接收性能。图示中的几级LNA提供了极好的宽带性能，还利用外部调谐网络提升了窄带性能。而在接收机需要解决一个非常宽的频段接收时，也许有必要采用一个开关矩阵来配置专门为一些特定频段优化的天线网络和LNA前端。在低噪声前端之后，利用IQ解调器将有用载波频率下变频到基带频率，一个与有用信号的载波频率相同的本振信号加到I/Q混频器上，在基带I/Q输出口，产生和频与差频，而低通滤波器抑制和频，只允许差频通过。对于零中频来说，所展现的差频就是有用信号的基带包络。利用可变增益放大有利于量化滤波后的基带I/Q信号的幅度。利用VGA可以将I/Q信号电平调整到模数转换器所需的最佳电平。通常，在ADC之前还需要加入额外的滤波，以确保不会将高频噪声和可能的泄漏、或者干扰混叠到有用信号分析带宽内。 

            接收机动态范围 

            该接收机采用了可以提供宽频段覆盖和瞬时大动态范围的高性能射频集成电路。瞬时动态范围是用在多载波应用环境中所有接收机的一个关键指标，因为这里与有用信号相邻的可能是一些功率电平很高的强干扰信号。双音SFDR能够使系统设计师对非线性特性进行更精确的预测。而通常的实际做法是，利用单音或双音干扰信号，测试接收机在强信号阻塞条件下的恢复能力。通过研究双音激励条件下接收机的非线性特性，能够计算各种截点，有助于对接收机量化以及为失真性能和总动态范围进行建模。

                                                                                                           图2：图1中所示接收机的双音互调性能。 

            图2给出了当有用信号频率临近地方存在两个连续波强干扰时接收机的I+jQ输出频谱。本测试范例中，所加的输入信号电平为–30dBm。这代表着比任何所规定的3G和4G蜂窝系统中所需的阻塞测试条件都要更加严苛的阻塞场景。对靠近或基带频率上的信号进行采样时，由2nd、3rd、4th，甚至是5th和7th谐波所导致的失真将会影响大信号输入条件下的性能。特别地，I/Q解调器的非线性特性需求特别高，以确保产生自有用信号和无用信号的互调项不会劣化感兴趣的有用信号。这里与只是将焦点集中在绝大多数窄带中频采样接收机设计中的常见失真-即三阶截点(IP3)上不同，关注由偶数和奇数非线性所引起的失真项也很重要。这类非线性通常用IP2、IP4和IP5进行量化。通常，为了保证稳健可靠的工作，重要的是要评估在最坏输入条件下进入接收机分析带宽中的所有杂散信号。在这类严重的阻塞条件下，由高阶非线性所产生的互调产物将会落入频带内并降低接收机的灵敏度。图2中标出了比较关键的非线性项。请注意几个奇数项与输入基频的靠近程度。这有助于解释究竟距离多近的干扰信号将会引起落入有用信号带内的互调产物。当采用直接变频架构时，干扰信号的差频(f2–f1)-接收机的有限2nd阶非线性的产物，也会落入有用信号的频带内。 

            ADIsimRF?是ADI公司的免费在线信号链计算器，可以用来对各种测试条件下的接收机的动态噪声和失真特性进行建模。非线性截点特性可以通过建模并测试出来，一直到高达7th次非线性项，并且可以与有ADIsimR所预测的级联截点进行比较。通过对单个器件和整个级联的非线性特性进行评估，整个接收链路能够得到更好的优化，从而实现最高的瞬时动态范围性能。利用该方案的高灵敏度接收机的噪声系数小于2dB，且在施加W-CDMA规范(ETSI EN 302 217-2-2 V1.2.3 (2007-09))所规定的单音和双音干扰电平时，接收机的降敏小于1dB。