工作在多标准/多频带的直变频接收机

本振泄漏和直流偏移去灵敏度

向后发射到RF输入端口的任何本振泄漏信号都可能向后反射进接收机，并与本振进行自混频。自混频将形成本振波形的平方，进而产生通常很高频率、将被基带滤波器大幅衰减的二次谐波。自混频还将产生一个落在直接变频接收机频带内的直流偏移量。请注意图2中的直流项。

在所有基带采样系统中，经常要求使用直流偏移校准和修正方法。残留直流偏移等效于信号分析带宽内的干扰信号。有几种技术可以用来减轻问题，包括直流跟踪和抵消、基带下的交流耦合或简单地选择具有包括高偶数阶失真性能在内的良好直流特性的元件。

正交非理想性与镜像抑制

I/Q幅度和相位失配将降低信噪比（SNR）水平。在理想的I/Q解调器中，基带I/Q信号分享I与Q矢量之间完整的90度相位关系，也即所谓的理想正交。在这种状态下，数字域中的符号辨别能力很容易通过瞬时I/Q矢量轨迹判定。当系统中出现I/Q失配时，I/Q符号矢量将受幅度和相位误差的影响，最终降低恢复出来的感兴趣信号的信噪比。静态I/Q损伤可以通过数字技术治愈。研究有效的直接变频接收机镜像抑制性能与来自载频的信号电平和偏移之间的关系很重要。理解接收机的单音I/Q损伤有助于简化应用调制信号时所测性能的解释过程。

调制误差比（MER）性能

调制误差比（MER）是用来衡量数字无线电发送机或接收机调制精度的一个指标。在完全线性和无噪声的系统中，接收机接收信号的所有I/Q符号轨迹都能映射到真正理想的信号空间星座图位置，但具体实现中的各种非理想性（如幅度不平衡、本底噪声和相位不平衡）会使实际测出的符号矢量偏离理想位置。直接变频接收机可为各种调制方案提供理想的MER性能水平。图3和图4分别显示了10MHz宽OFDMA、WiMAX和WCDMA信号时MER性能与输入功率之间的关系曲线。

一般来说，一个接收机在接收到的输入信号功率范围内有三处独特的MER限制。在大信号电平段，由于接收机中的非线性而落入频带内的失真分量将导致MER急剧下降。在中等信号电平段，接收机工作于线性方式，信号远高于任何噪声电平，此时MER达到最佳值，并受解调器正交精度、滤波器网络与可变增益放大器（VGA）以及测试设备精度的支配。随着信号电平的走低，噪声的影响越来越显著，相对于信号电平的MER性能将随信号电平的下降呈dB-for-dB下降。在更低信号电平，噪声将成为主要限制因素，以分贝为单位的MER将直接与SNR呈正比关系。

图3：10MHz OFDMA WiMAX信号下的MER与RF输入功率关系曲线。

仔细观察图4可以看出接收机在各种情形下的恢复性能。5MHz 低中频可以被认为是最好的情形，因为它不受与零中频有关的任何直流偏移和闪烁噪声的影响。在较低功率电平，接收机的噪声性能是相对不变的。即使存在单音或双音强干扰（W-CDMA基站要求的常见测试情形），噪声指数偏离值也只会在1dB以内。

图4：在零中频、低中频和强干扰情况下WCDMA信号的MER与RF输入功率关系曲线。

镜像抑制比是有用输入频率产生的中频（IF）信号电平与镜像频率产生的中频信号电平之比。镜像抑制比用分贝表示。适当的镜像抑制很关键，因为镜像功率可能远高于有用信号功率，从而影响下变频过程。图5给出了W-CDMA的镜像抑制与多个中频频率的关系。接收机可以提供出色的未校准镜像抑制性能。通过额外的数字校正措施，完全可以达到75dB以上的镜像抑制效果，从而允许直接变频接收机同时捕获功率电平完全不同的多个相邻信号（这是多载频接收机设计的一个关键特性）。

图5：各种WCDMA中频的镜像抑制与RF频率关系。

结束语

最新的直接变频接收机能够提供很高的瞬时动态范围和很宽的RF频率覆盖范围。使用先进的RF集成电路，现在完全可以构建出高性能的蜂窝基站接收机。这些接收机使用固定的硬件解决方案，并能通过现场编程满足多种蜂窝标准要求。为了确保鲁棒性的接收机解决方案，系统设计师需要特别注意更高阶的非线性。通过研究单音和双音行为，设计师可以更好地理解直接变频的挑战和内在原理，规避传统直接变频系统中常见的缺点。

关于作者

Rakesh Soni是ADI公司RF与网络元件小组的RF应用工程师。他以前曾是Teradyne公司的RF/无线应用工程师。Rakesh拥有佐治亚理工学院电子工程专业的学士和硕士学位。

Rakesh.soni@analog.com。

Eric Newman是ADI公司RF与网络元件小组的应用系统工程师。在加入ADI公司从事无线系统设计工作之前，他曾是Innovative Imaging Systems公司的硬件设计师。他拥有马萨诸塞大学洛厄尔分校的电机工程硕士学位，专注于无线通信方面的研究。

Eric.newman@analog.com