直接下變頻寬帶正交解調(diào)技術(shù)在軟件無(wú)線電掌上平臺(tái)中的應(yīng)用

2004年5月A版

摘  要：文章針對(duì)掌上軟件無(wú)線電平臺(tái)中的下變頻技術(shù)進(jìn)行了論述，比較了直接下變頻與超外差結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。詳細(xì)介紹了以AD8347為核心的直接下變頻模塊，給出了其實(shí)例應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：直接下變頻；正交解調(diào)；軟件無(wú)線電；AD8347

引言

　　軟件無(wú)線電是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種新型的無(wú)線電處理技術(shù)。其基本思想是將寬帶A/D及D/A轉(zhuǎn)換器盡可能地靠近天線，將電臺(tái)的各種功能盡量在一個(gè)開(kāi)放性、模塊化的平臺(tái)上由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有很強(qiáng)的靈活性和可升級(jí)性。軟件無(wú)線電的出現(xiàn)，使無(wú)線電技術(shù)由以硬件為主的時(shí)代走向以軟件為主的時(shí)代，它是繼模擬通信技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)之后的第三代無(wú)線通信技術(shù)。

　　一個(gè)理想的軟件無(wú)線電平臺(tái)是直接在射頻信號(hào)上采樣，但由于受寬帶天線、高速A／D及DSP等技術(shù)水平的限制，實(shí)現(xiàn)這樣的理想平臺(tái)的條件目前還不具備，只能在中頻或者基帶上進(jìn)行采樣。因此，當(dāng)前對(duì)軟件無(wú)線電的研究，更多的是在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，研究如何最大程度的實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電所要求的通用性和靈活性，將軟件化、通用化的設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)到具體的應(yīng)用實(shí)踐中。圖1示出了一種基于軟件無(wú)線電思想的在基帶信號(hào)采樣處理的擴(kuò)頻通信掌上平臺(tái)。

　　從圖1中可以看出，平臺(tái)主要分成兩大部分：射頻接收的模擬前端和DSP處理模塊。該系統(tǒng)的擴(kuò)頻信號(hào)帶寬在5MHz以上，對(duì)于掌上平臺(tái)的射頻模塊來(lái)說(shuō)，在功耗和體積受限的情況下，如何將寬帶信號(hào)穩(wěn)定而精確地從射頻下變頻至基帶進(jìn)行處理是一大難點(diǎn)。針對(duì)該難點(diǎn)，筆者采用直接下變頻技術(shù)，較好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

　　下變頻實(shí)現(xiàn)方法

　　下變頻的基本原理是對(duì)射頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行混頻和濾波，將其搬移到較低的頻段或者基帶上處理，其實(shí)現(xiàn)方法主要有兩種：(1)超外差結(jié)構(gòu)；(2)直接下變頻。超外差結(jié)構(gòu)存在兩級(jí)或多級(jí)下變頻過(guò)程，最后在低中頻或者基帶上對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理；而直接下變頻技術(shù)省去了中頻變換環(huán)節(jié)，直接將接收到的射頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行一次性下變頻解調(diào)，從而得到基帶信號(hào)。

　　兩者相比而言，直接下變頻是一種理想的射頻信號(hào)處理方案，一直為無(wú)線通信工程師所期待?？捎捎谥圃旃に嚰霸骷叽绲南拗?，這種方法長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有得到具體的推廣，而是普遍的選用了超外差式結(jié)構(gòu)方案。但是，對(duì)于強(qiáng)調(diào)體積和功耗的掌上設(shè)備而言，超外差結(jié)構(gòu)與直接下變頻相比，存在顯著的問(wèn)題：

　　與超外差結(jié)構(gòu)相比，直接下變頻處理也存在一些弱點(diǎn)：

　　這些電路上的弱點(diǎn)可以通過(guò)細(xì)心的設(shè)計(jì)和調(diào)試有效地解決，代價(jià)較小。綜上所述，采用直接下變頻技術(shù)，直接將射頻信號(hào)變換至基帶進(jìn)行處理，可以省去多級(jí)中頻電路并且能夠減少外圍元器件數(shù)量、成本、功耗、印制電路板面積和設(shè)計(jì)復(fù)雜性，適合掌上設(shè)備的應(yīng)用。     

　　軟件無(wú)線電平臺(tái)的直接下變頻模塊

　　平臺(tái)的直接下變頻模塊由AD8347為核心構(gòu)建而成，完成從射頻到基帶的信號(hào)搬移。AD8347是ADI公司的一種單芯片直接下變頻寬帶正交解調(diào)器IC，能夠接收800MHz~2.7GHz范圍內(nèi)的RF輸入并且直接將輸入信號(hào)下變頻為基帶同相/正交分量，然后把這些正交分量送往一個(gè)高速ADC進(jìn)行數(shù)字化。AD8347在片內(nèi)集成了RF和基帶可控制增益放大器，提供70dB的可變?cè)鲆娣秶?，可輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的寬動(dòng)態(tài)范圍接收設(shè)計(jì)。同時(shí)，它具有50MHz輸出解調(diào)帶寬，可以滿足GSM、CDMA以及最新的3G通信帶寬要求。其信號(hào)輸出具有優(yōu)良的相位與幅度平衡度，正交相位精度可以達(dá)到1