可調(diào)高效多通道高性能分集接收機(jī)

　　引言

　　利用分集接收機(jī)構(gòu)建通信系統(tǒng)會帶來較高的器件數(shù)目、功耗、板級空間占用以及信號布線。為了降低RF組件數(shù)量，可以使用正交解調(diào)器的直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)。I/Q 的不匹配會使得構(gòu)建高性能接收器較為困難。這種架構(gòu)要求在 RF 輸入和占用大量板級空間的基帶數(shù)字輸出之間安裝一些組件。超外差接收機(jī)只需要一個ADC，而正交解調(diào)器則需要一個雙通道 ADC 來處理現(xiàn)實及鏡像模擬。對于單載波系統(tǒng)而言，這種情況或許是可以接受的;但是分集和直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)可以有效地用于多通道系統(tǒng)嗎?

　　為什么選擇分集接收機(jī)

　　在通信系統(tǒng)中，設(shè)置接收機(jī)規(guī)范是為了適應(yīng)小接收輸入功率。諸如蜂窩收發(fā)器基站 (BTS) 的系統(tǒng)可接收來自手機(jī)的信號，而發(fā)射信號的手機(jī)可能處在一些極大衰減信號的環(huán)境中，例如：車庫、多層建筑或擁擠的市區(qū)。手機(jī)發(fā)射的信號會從許多不同反射路徑多次到達(dá)BTS。僅使用一個天線和接收機(jī)，相同信號的許多版本便會出現(xiàn)在接收天線上，每個版本的信號都具有不同的相位和幅值。瞬時相位關(guān)系使得信號建設(shè)性地或破壞性地增加。例如，移動電話中，移動發(fā)送器并非完全固定在某一個空間位置，因此天線上的累積不斷變化。這種現(xiàn)象被稱為快速衰落，其會導(dǎo)致信號的漏接收。

　　使用分集天線可增加搜索到具有足夠接收強(qiáng)度信號的機(jī)率，因為這種天線為物理隔離式天線。一根天線可能正受到破壞性的干擾，而其他天線則可能不會。這就是分集天線。

　　為了對信號進(jìn)行解調(diào)，我們利用解調(diào)信號要求的最小信噪比 (SNR) 構(gòu)建了通信鏈路。分集接收機(jī)考慮到了信號在最小 SNR 以上到達(dá) BTS 的最高概率。要想構(gòu)建一個分集接收機(jī)，至少需要為每一個通道多添加一條接收路徑。這可能會使電子產(chǎn)品和天線的成本翻一倍。但是，如果它擴(kuò)展了 BTS 的接收距離并提高了接收質(zhì)量，那么這種成本代價還是值得的。它可以減少所需基站的數(shù)量，從而降低整個網(wǎng)絡(luò)的基本建設(shè)成本。

　　為什么選擇 ZIF

　　零中頻 (ZIF) 接收機(jī)可完成從射頻到基帶的直接轉(zhuǎn)換，您在超外差接收機(jī)上找不到中頻 (IF)。其優(yōu)點是最小化的 RF 組件數(shù)量、更容易濾波以及更低的采樣速率。使用分集接收機(jī)，所需組件增加了一倍，增加了組件成本、板級空間以及功耗。ZIF 接收機(jī)所需組件更少，降低了功耗，節(jié)省了 RF 部分的板級空間。

　　為什么選擇集成正交接收機(jī)

　　拋開一些獨立組件來構(gòu)建 ZIF 接收機(jī)較為困難，并且會占用相當(dāng)多的板級空間。信號被轉(zhuǎn)換為正交后，在混頻器輸出和雙通道 ADC 輸入之間有兩條基帶模擬路徑，包括分立增益放大器和濾波器。沿現(xiàn)實及鏡像信號路徑分布的組件之間增益和相位的不匹配會形成帶內(nèi)噪聲，因為理想復(fù)雜運算中去除的一些鏡像現(xiàn)在又如相關(guān)信號一樣出現(xiàn)在相同位置上。帶內(nèi)低級鏡像降低了帶內(nèi) SNR 和誤差矢量幅度 (EVM)，從而帶來通信通道的高誤碼率 (BER)。

　　但是，高度集成的 ZIF 接收機(jī)(例如：TI 推出的 TRF3710)可以解決最小化路徑不匹配問題。I和Q模擬路徑現(xiàn)在均位于同一顆芯片上。這些路徑會得到非常好的匹配，因為它們之間幾乎不存在工藝、溫度或電壓差異。該器件包含了一個復(fù)雜的混頻器、一個 24dB 可編程增益放大器 (PGA)、一個可編程8階低通抗混淆 ADC 輸入濾波器，以及一個直接連至雙通道 ADC 的驅(qū)動放大器。此外，它還包含了一個 DC 偏移校正模塊，對于最小化模擬輸出的 DC 偏移分量極為有用。集成所有這些必需功能后，對于用戶而言，ZIF架構(gòu)變得簡單。I和Q路徑得到了匹配，同時保持了較好的 EVM。通過將信號鏈的大部分集成到一個小封裝中，便可以在不犧牲板級空間或性能的情況下使用分集接收路徑。