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模拟数字转换如何才能在SDR中实现有哪些挑战

消耗积分:1 | 格式:pdf | 大小:0.16 MB | 2020-07-07

王伟

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　　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。

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