軟件無線中的寬帶射頻前端

引言

隨著微電子技術的迅速發展，數字信號處理器(DSP)和A/D變換器的性能在成倍的提高，使得軟件無線電在技術實現上成為可能，從而引起了人們對于軟件無線電技術研究的興趣。軟件無線電的功能主要由軟件實現，通過運行不同的算法，實時的配置信號波形，從而提供各種語音編碼、信道調制、載波頻率、加密算法的無線電通信業務。

軟件無線電最初起源于軍事通信。由于軟件無線電的完全可編程性、軟件化、模塊化以及寬頻段多功能等特點，使得各種電臺很容易綜合為一個整體，能夠實現不同類型電臺間的直接互通，在提高各軍兵種協同作戰能力中發揮了重要作用。而且，功能的軟件化、模塊化，減輕了系統的尺寸、重量，同時縮短了開發周期，能夠方便地實現與新業務、新技術和通信標準的兼容。

理想的軟件無線電是一種“純軟件”的電臺，如圖1所示，A/D變換器單元緊靠射頻天線，除低噪聲放大器、功率放大器以及電源等模塊外，絕大部分功能均可通過DSP芯片采用軟件編程實現。無論在機械結構還是電器特性上均采用模塊化、開放式結構。然而，基于目前的技術水平，只能進行中頻處理。因此，仍需要一個靈活的寬帶射頻前端，對信號進行適當的處理。以下針對軟件無線電的實際特點，討論了實現模擬射頻前端的一些問題。

軟件無線電需要一個高品質因數、寬帶、線性好的射頻前端。考慮到軟件無線電臺對于電磁兼容和操作維護等靈活性的要求，寬帶射頻前端及功放作為一個獨立且可互換的電臺單元，必須是可編程的。作為調諧電路，在提高增益、抑制鏡頻、提高SNR和選擇性的同時，必須減少對軟件定義參數的限定，因此對于電臺的發射、接收部分在設計上提出了新的挑戰。

兩種結構

軟件無線電可以采用兩種結構：超外差型和直接變換型。超外差是傳統電臺普遍采用的結構，而直接變換是近年來興起的，與超外差結構相比在一些方面具有一定優勢。直接變換結構沒有鏡像響應，可以省去固定頻率的抑制鏡頻濾波器，并且，理論上一個去假頻基帶濾波器可以集成在LSI芯片上。但是，由于器件并非十全十美，直接變換接收機在零頻仍具有殘留的鏡頻響應。同時，下變頻混頻器中帶內調制的大信號在直流成分附近會產生二階非線性失真，對于多信道接收機尤為嚴重。目前，直接變換接收機的主要應用方向是手持/便攜等對體積、功耗等方面要求高的通信任務。

由于超外差結構一般在中頻A/D變換，而直接變換結構采用基帶A/D變換。鑒于基帶A/D變換在理論和實踐上已經成熟以及電臺軟件化的要求，我們當前研究的重點應是進行中頻高速A/D變換的超外差結構。

寬帶射頻前端

寬帶射頻前端要求器件有較寬的頻率范圍，主要完成寬帶低噪聲放大、濾波、混頻、自動增益控制以及輸出功率放大等功能。借鑒美軍軟件無線電臺 Speakeasy的方案，射頻前端可分三段實現：2～30MHz，30～500MHz，500～2000MHz，做成可置換的標準化模塊(見圖2）。

這一部分與傳統的無線電臺基本相似，只是下變頻到10MHz左右的中頻即可，而不必用模擬電路處理到幾十KHz的基帶信號，從而簡化了射頻前端的實現，具有較大的實用性和靈活性。

設計中實際問題

由于接收機中有一些濾波器單元，在一定程度上降低了接收鏈路的動態范圍，而且這些濾波器只有固定的中心頻率和帶寬，調諧性能也較差。這些因素的綜合，嚴重影響了電臺的靈活性。考慮到電臺對體積、價格、性能等要求，在設計中應該盡量減少使用濾波器的數量。

減少濾波器數量，雖然提高了電臺的靈活性，但是卻對射頻/中頻模塊的線性要求很高。同時還要在混頻之前進行鏡頻抑制。然而，射頻前端的線性度和動態范圍比較有限，容易造成有用信號的失真，因此要采取一些補償技術。

放大器線性化

寬帶接收機系統，要求較高的動態范圍，而非線性放大器有較大的交調干擾和調諧失真，必然加大有用信號的失真，降低接收機的動態范圍。因此應盡量減少使用非線性放大器。