高速ADC技术奠定SDR基础

无线技术标准的不断地演进，迫使电信公司必须支付庞大的成本，而软件无线电(SDR)则能解决这个问题。完全可重配置的无线射频系统的面世可以通过软件升级来支持新标准或多种标准，使电信公司不需花费高额成本布建新基础设施，就能提供新的无线技术、更新和更好的服务给用户。然而，完全可重配置无线电的最大挑战并非是软件，模拟电路及其与数字电路之间的桥接才是系统设计工程师需要面临的问题。本文主要讨论模拟数字转换在SDR实现中的挑战，以及ADC的哪些突破可以促进软件无线电的实际应用。

存在的问题

SDR对于电信公司来说，可以以最少的基础设施部署成本，满足覆盖范围宽广的无线电频率与标准，并应付它们的未来演进。针对此需求，要求设计具有足够的弹性，以支持比平常更宽的频带，并提供超过窄频应用所需的动态范围。即最终必须能够在多载波环境中，处理调制方式与带宽皆不同的载波，以及信号阻隔(blocking)等需求。

DSP技术的进步已大幅提高无线射频系统数字后端的功能，有助于SDR的实现。目前还缺少的，就是将敏感度极高的模拟信号转换为处理方便的数字信号。在这些无线电系统中AD转换对于实现最终的目标非常重要。无线射频系统的接收器(Rx)和发射器(Tx)都会用到ADC，它是SDR应用中不可或缺的器件。

ADC重要规格

灵敏度与可用带宽是无线射频系统接收器设计的主要规格。灵敏度是指无线射频系统对天线输入端微弱信号的处理能力，通常以dBm表示。对ADC而言，灵敏度通常转换成信噪比(SNR)指标，并以dBc或dBFS表示(dBc是以载波信号为基准所表示的信噪比，dBFS则是以ADC的满刻度输入为基准)。无线射频系统的小信号接收能力以及大干扰信号抑制能力皆与ADC的无杂散动态范围(SFDR)密切相关，SFDR是目标信号(载波)与ADC输出中次高的杂散信号(无论是否为谐波)的比值，通常以dBc表示。

最后，转换器的可用带宽其实是定义不明确的名词，主要指ADC在适当SNR和SFDR性能下所能处理的实际信号带宽。在业界标准做法里，ADC规格是以模拟输入频率响应的-3dB为参考点。然而，现今许多转换器虽标示有高达数百MHz的带宽，实际性能却在模拟输入频率增加到200-300MHz后就大幅下降。

带宽考虑

SDR的重要优点之一，是它不需要新硬件就能处理更大频率范围，就当前的全球频谱使用情形来看，此点格外吸引人。每一种无线技术标准都会定义多种工作频率，例如，GSM就能在400MHz、850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz甚至2500-2690MHz的GSM延伸频带上工作；3GPP频率包括1800MHz、1900MHz和2100MHz；WiMAX频率则包括2500MHz、3500MHz和往上一直到5GHz，而且未来还会应用在更多的频率上。

由于频率种类复杂繁多，通过ADC尽可能把最大信号带宽数字化就成为一项重要优势，这也使得ADC的采样频率成为这类设计的重要关键。根据奈奎斯特条件，ADC在不产生迭频(aliasing，目标信号数字化后混迭自身而造成失真的过程)下所能数字化的带宽，为其采样频率一半 (Fs/2)。例如，采样频率为200MSPS的ADC最大能将100MHz带宽的信号数字化。然而在实际应用里，负责将模拟输入端带宽限制为Fs/2的滤波器不可能是完美的，因此会降低实际可用的带宽。

除了接收器外，大带宽对无线发射来说也很重要。由于功率放大器成本与其输出功率成正比，提高效率就成为减少零件用料和工作成本的重要方法。现代的数字预失真算法虽能将发射器功率放大器线性化，却需要将带宽放大到发射信号带宽的好几倍，再将此数字化带宽回授给数字处理器，因此采样速率极高的ADC在系统中即为一不可或缺的角色。