【導讀】wuxianfuwubuduanzengchangdexuqiubujinduiwomenyouxiandepinpuziyuangouchengtiaozhan，hairangwuxiandianshejirenyuannanyixuanzezhengquedewuxiandianjiagou。heshidewuxiandianjiagoubujinnengtigongkekaodexingneng

，erqienengjianhuawuxiandianzhouweidedianlu，congerjiaodafududisuojianchengben、功(gong)耗(hao)和(he)尺(chi)寸(cun)。在(zai)無(wu)線(xian)電(dian)部(bu)署(shu)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)的(de)時(shi)代(dai)，滿(man)足(zu)需(xu)求(qiu)的(de)無(wu)線(xian)電(dian)應(ying)能(neng)容(rong)忍(ren)當(dang)前(qian)和(he)未(wei)來(lai)的(de)無(wu)線(xian)共(gong)存(cun)，否(fou)則(ze)這(zhe)些(xie)無(wu)線(xian)共(gong)存(cun)可(ke)能(neng)會(hui)造(zao)成(cheng)一(yi)連(lian)串(chuan)幹(gan)擾(rao)。本(ben)文(wen)將(jiang)研(yan)究(jiu)兩(liang)種(zhong)常(chang)見(jian)無(wu)線(xian)電(dian)架(jia)構(gou)
，並(bing)且(qie)比(bi)較(jiao)每(mei)種(zhong)架(jia)構(gou)在(zai)解(jie)決(jue)日(ri)益(yi)增(zeng)多(duo)的(de)無(wu)線(xian)電(dian)站(zhan)點(dian)共(gong)存(cun)問(wen)題(ti)這(zhe)一(yi)獨(du)特(te)挑(tiao)戰(zhan)方(fang)麵(mian)的(de)優(you)劣(lie)。

日益增長的挑戰——新的無線鄰居

無線革命開始於大約30年前
，當時隻有少數幾個頻段
，並且大部分限製在900 MHz以下，通常每個國家和地區有一個頻段。隨著無線服務需求的增長，新頻段不斷增加，現在全球單獨為5G NR就分配了49個頻段，這還不包括毫米波分配。大多數較新的頻譜都在2.1 GHz以上，頻段覆蓋500 MHz (n78)、775 MHz (n46)
、900 MHz (n77)和多達1200 MHz (n96)。

suizhezhexiexinpinduanshangxian，yidatiaozhanshiruhezaichuantongpinduanzhongyouzusaideqingkuangxiaquebaojieshoujijuyouzugoudexingneng。zhezhuyaolaizibushuweizhidegongzhanyaoqiu
，zaimeiguoshiyongpinduan2、4和7，在其他地區使用頻段1和3。這對於服務於n48 (CBRS)以及n77或n78的任何部分中的應用的寬帶無線電尤其關鍵。

未來無線需求將繼續增長，共存和幹擾的挑戰始終存在。

無線電設計與射頻保護和選擇性

接jie收shou機ji設she計ji的de主zhu要yao挑tiao戰zhan之zhi一yi是shi保bao護hu其qi不bu受shou幹gan擾rao信xin號hao影ying響xiang。從cong一yi開kai始shi，無wu線xian電dian工gong程cheng師shi就jiu尋xun求qiu不bu同tong的de方fang法fa來lai實shi現xian這zhe一yi點dian
，最zui初chu是shi使shi用yong簡jian單dan粗cu暴bao的de濾lv波bo，後hou來lai使shi用yong各ge種zhong帶dai分fen布bu式shi濾lv波bo的de外wai差cha技ji術shu。經jing過guo多duo年nian發fa展zhan
，業ye界jie開kai發fa出chu三san種zhong主zhu要yao架jia構gou來lai應ying對dui這zhe些xie挑tiao戰zhan：直接變頻（零中頻）
、超外差(IF)和he直zhi接jie射she頻pin采cai樣yang。雖sui然ran中zhong頻pin采cai樣yang很hen流liu行xing，但dan它ta不bu是shi本ben文wen的de重zhong點dian。本ben文wen將jiang著zhe重zhong比bi較jiao射she頻pin采cai樣yang和he零ling中zhong頻pin，因yin為wei它ta們men是shi目mu前qian無wu線xian領ling域yu中zhong非fei常chang先xian進jin的de實shi現xian方fang式shi。每mei種zhong技ji術shu都dou會hui引yin入ru不bu同tong的de工gong程cheng權quan衡heng
，對dui周zhou圍wei電dian路lu及ji其qi要yao求qiu的de影ying響xiang也ye不bu同tong

，這zhe包bao括kuo頻pin率lv轉zhuan換huan的de方fang法fa、射頻和基帶增益的數量、射頻鏡像的處理方式以及濾波的實現方式和位置。這些權衡的詳細信息如表2所示。

增益分布和功耗

射頻采樣和零中頻在增益分配上有關鍵區別。如圖2所示，射頻采樣將所有增益都放在射頻域中

，因為在處理信號時，無線電中的所有頻率都保持不變。為了進行比較，圖1顯示了一個零中頻架構。對於此架構，部分增益位於射頻頻率，但平衡是在頻率轉換後的基帶。

圖1. 典型零中頻信號鏈

圖2. 典型射頻采樣信號鏈

兩種架構都需要權衡取舍。從增益角度看，由於需要更高的壓擺率，較高頻率下的增益比較低頻率下需要更多DC，尤其是當信號鏈中的信號逐漸變大時。這意味著與零中頻相比
，射頻采樣架構在線性射頻部分（很大一部分增益位於DC）會消耗更多的功率。在較低頻率下
，壓擺率較低，因此待機電流可以相應地減少。

射頻采樣麵臨的挑戰是需要在高頻和相對較高電壓(~1 V)下驅動大部分是容性的輸入（采樣電容）。相比之下
，零中頻輸入是表現良好的50 Ω（或100 Ω）電阻，其進入基帶放大器的求和節點

；fangdaqitigongzengyi


，xiaochucaiyangjiedianbingjiangqiyushepinxinhaogeli，jianshaosuotigongzengyiyaoqiudeshepinqudong。zheduixianxingshepinbufendegonghaojuyoushenyuandeyingxiang，yinweitatongguoxiaochudisanshepinzengyijierjiangzongshepingonghaojiangdi25%到50%，有利於零中頻架構，而且基帶所需的待機電流低於射頻放大。

除chu了le線xian性xing功gong耗hao之zhi外wai，還hai有you與yu數shu字zi化hua相xiang關guan的de功gong耗hao。使shi用yong零ling中zhong頻pin轉zhuan換huan器qi時shi，隻zhi需xu對dui所suo需xu帶dai寬kuan進jin行xing數shu字zi化hua。使shi用yong射she頻pin采cai樣yang時shi，不bu僅jin寬kuan射she頻pin帶dai寬kuan需xu要yao數shu字zi化hua，而er且qie采cai樣yang速su率lv遠yuan遠yuan超chao過guo奈nai奎kui斯si特te要yao求qiu。與yu帶dai寬kuan和he采cai樣yang速su率lv相xiang關guan的de功gong耗hao都dou很hen高gao。確que切qie的de功gong耗hao取qu決jue於yu工gong藝yi，但dan采cai用yong相xiang同tong的de工gong藝yi實shi現xian時shi，對dui於yu典dian型xing的de單dan頻pin段duan應ying用yong，射she頻pin轉zhuan換huan器qi的de功gong耗hao比bi基ji帶dai轉zhuan換huan器qi高gao出chu大da約yue125%。即使射頻轉換器可以對兩個頻段進行數字化
，功耗仍然要高出40%。

表1. 不同架構中的增益分布

鏡像和雜散信號

這些方案還有次要權衡因素。例如，零中頻會引入LO泄漏和I/Q不bu匹pi配pei鏡jing像xiang項xiang，而er射she頻pin采cai樣yang會hui因yin為wei轉zhuan換huan器qi架jia構gou內nei的de不bu匹pi配pei而er引yin入ru交jiao織zhi雜za散san
，以yi及ji轉zhuan換huan器qi中zhong的de射she頻pin諧xie波bo和he采cai樣yang相xiang關guan的de抖dou動dong項xiang。好hao消xiao息xi是shi
，無wu論lun架jia構gou如ru何he，大da多duo數shu鏡jing像xiang和he雜za散san信xin號hao都dou可ke以yi通tong過guo各ge種zhong背bei景jing算suan法fa得de到dao解jie決jue。

這兩種架構具有截然不同的頻率規劃
，這會影響處理混疊的方式以及必須應用多少射頻（外部）lvbo。chulejiagouzasanxinhaozhiwai
，suoyouwuxiandiandouhuichanshengshepinxiebobingshoudaohundieyingxiang。ruguosuoxuxinhaozirandiweiyudiyinaikuisitequzhiwai，zeshepincaiyangwuxiandiankeliyonghundieduisuoxuxinhaojinxingxiabianpin。raner
，wentiyibanchuzaiganraoxinhaodexiangyingshang，yinweihundiezhihou，takenenghuiyiwailuozaisuoxuxinhaozhishang。zhexiexinhaobixutongguoxizhidepinlvguihua
、高抑製度的射頻濾波或足夠高的采樣速率（此時無混疊）來消除。每種措施都有利弊，需要慎重權衡。

零中頻架構將信號轉換為基帶（接近DC）。雖然肯定會產生射頻諧波，但其在所有情況下都遠離基帶，並被典型零中頻輸入結構（下文會提到）的低通響應充分濾波。類似地，所使用基帶采樣器的相對較高采樣速率和同樣的輸入結構也會環境混疊。

零中頻濾波器要求

零ling中zhong頻pin架jia構gou的de一yi個ge很hen容rong易yi被bei忽hu視shi的de特te性xing是shi，基ji帶dai輸shu入ru放fang大da器qi通tong常chang構gou造zao為wei一yi個ge有you源yuan低di通tong濾lv波bo器qi，其qi作zuo為wei集ji成cheng模mo擬ni濾lv波bo器qi運yun行xing，這zhe大da大da減jian輕qing了le模mo擬ni濾lv波bo器qi的de負fu擔dan。結jie合he片pian內nei抽chou取qu濾lv波bo，它ta還hai能neng用yong作zuo可ke編bian程cheng通tong道dao濾lv波bo器qi，消xiao除chu比bi奈nai奎kui斯si特te相xiang關guan信xin號hao更geng近jin的de信xin號hao。此ci外wai，零ling中zhong頻pin接jie收shou機ji內nei的de采cai樣yang器qi件jian通tong常chang包bao括kuo反fan饋kui
，可ke提ti供gong額e外wai的de帶dai外wai抑yi製zhi。實shi際ji上shang
，這zhe意yi味wei著zhe無wu線xian電dian的de帶dai外wai區qu域yu比bi帶dai內nei區qu域yu具ju有you更geng大da的de滿man量liang程cheng範fan圍wei。正zheng如ruAN-1354文章中所述以及圖3中的簡化圖所示，零中頻無線電本質上對帶外信號具有良好的容忍度。圖3中的縱軸表示相對於帶內的會導致靈敏度下降3 dB的輸入功率水平，它表明帶內信號本身對帶外信號具有容忍度，這是其他架構所沒有的。

圖3. 片內零中頻濾波影響的示例

由於這種內置濾波


，主要問題變成對射頻前端（即LNA）的保護。對於FDD和某些TDD，典型配置是在第一級和第二級LNA之間使用一個SAW濾波器。有些TDD應用將SAW濾波器放在第二級之後，但第二級在大輸入條件下是可旁路的，如圖1所示。通常，SAW濾波器會提供大約25 dB的帶外抑製，這裏假設如此。除了SAW濾波器外，LNA的天線側還需要一個與發射機共用的腔體濾波器。

典型的LNA可能具有–12 dBm的輸入1 dB壓縮點。如果帶外或共存要求為16 dBm，則必須將這些幹擾信號濾波到比LNA的輸入1 dB壓縮點低約10 dB（或更多）的程度。抑製最低值為38 dB (+16 – –12 + 10)。加上SAW濾波器，零中頻的輸入端呈現的總帶外抑製為63 dB。假設射頻增益不滾降

，並且算上到內核無線電輸入的總濾波抑製
，最大帶外信號水平將為–20 dBm。這遠低於典型的滿量程，而且還會被前麵說明過的片內濾波進一步衰減。與圖3相比，該輸入電平不會導致雜散信號或靈敏度下降。

射頻采樣濾波器要求

使shi用yong需xu要yao直zhi接jie關guan注zhu濾lv波bo的de射she頻pin轉zhuan換huan器qi架jia構gou時shi，有you兩liang個ge問wen題ti需xu要yao注zhu意yi。首shou先xian，無wu論lun輸shu入ru電dian平ping如ru何he
，任ren何he信xin號hao都dou可ke能neng產chan生sheng不bu需xu要yao的de雜za散san信xin號hao，雜za散san信xin號hao可ke能neng占zhan用yong與yu目mu標biao信xin號hao相xiang同tong的de頻pin率lv。與yu交jiao織zhi相xiang關guan的de雜za散san通tong過guo算suan法fa處chu理li，但dan架jia構gou雜za散san是shi另ling一yi個ge問wen題ti
，因yin為wei這zhe種zhong雜za散san可ke能neng無wu法fa預yu測ce。對dui於yu許xu多duo較jiao舊jiu的de射she頻pin轉zhuan換huan器qi
，這zhe是shi對dui無wu線xian電dian性xing能neng的de持chi續xu挑tiao戰zhan。幸xing運yun的de是shi，許xu多duo新xin型xing轉zhuan換huan器qi包bao含han某mou種zhong形xing式shi的de背bei景jing擾rao動dong，可ke以yi緩huan解jie這zhe些xie問wen題ti並bing呈cheng現xian相xiang對dui幹gan淨jing的deSFDR掃描，如圖4所示。

圖4. 帶擾動的轉換器示例

表2. 架構之間的工程權衡

在該SFDR與輸入電平的關係曲線中，值得注意的是

，由於轉換器中的壓擺率限製
，前15 dB顯示出惡化

，這通常會產生很強的第二和第三諧波，必須予以消減。一旦射頻輸入低於此電平，諧波和架構雜散通常就不再是問題（請檢查轉換器性能以驗證）。對於1 dBm的滿量程
，可以預期

，當進入轉換器的帶外信號被抑製到-14 dBm以下時，雜散信號將顯著減少。對於50 dB的轉換增益，如表2所示

，這相當於天線的-64 dBm。如果輸入可能為16 dBm，則對於無混疊情況，射頻濾波需要為80 dB或更多。假設SAW濾波器提供25 dB，那麼腔體濾波器需要提供55 dB才能充分保護射頻ADC，避免因帶外信號而產生非線性，並且保護第一級LNA的輸入，防止其被帶外信號驅動成非線性狀態。此例代表一個表現良好的轉換器
，但應仔細檢查所選擇的轉換器的SFDR與輸入電平的關係，以確定是否需要更多濾波。

基於當前商用芯片的射頻轉換器架構還有一個值得擔憂的問題
，那就是混疊保護。當前射頻轉換器基於工作速率在3 GSP到6 GSP之間的內核。在這些較低速率下，若不使用高抑製度的濾波來減輕混疊的影響，就不可能避免混疊項。隻有采樣速率達到兩位數的GHz，此問題才會減輕。

為了考慮混疊對濾波器要求的影響，一種簡化辦法是考慮對單個源元件的保護，避免混疊16 dBm的共站要求。目標是將幹擾信號抑製到一定程度
，使其混疊到所需的RB也不會影響性能；應對其充分濾波，防止發生任何負麵影響。在大約0 dB SNR時，基於G-FR1-A1-4信號的廣域參考通道的信號電平將為每RB -118.6dBm。因此
，必須通過濾波將滋擾信號降低10 dB至15 dB，或約-130 dBm，以防止影響性能。這樣，總抑製需求約為150 dB，其中腔體濾波器需要提供大約125 dB
，SAW濾波器提供其餘的濾波。

濾波器總結

圖5顯(xian)示(shi)了(le)射(she)頻(pin)采(cai)樣(yang)和(he)零(ling)中(zhong)頻(pin)的(de)腔(qiang)體(ti)濾(lv)波(bo)器(qi)要(yao)求(qiu)。由(you)於(yu)射(she)頻(pin)采(cai)樣(yang)架(jia)構(gou)具(ju)有(you)兩(liang)個(ge)獨(du)立(li)的(de)要(yao)求(qiu)，因(yin)此(ci)限(xian)製(zhi)最(zui)嚴(yan)的(de)要(yao)求(qiu)占(zhan)據(ju)主(zhu)導(dao)地(di)位(wei)，可(ke)實(shi)現(xian)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)隻(zhi)需(xu)滿(man)足(zu)最(zui)嚴(yan)格(ge)或(huo)125 dB的抑製以覆蓋整個頻段。雖然這種濾波很容易獲得
，但不利的一麵是濾波器尺寸很大。相比之下
，零中頻架構僅需要40 dB的抑製，使用一個4腔體濾波器就能實現這種性能，因此重量和尺寸顯著減小。

圖5. 腔體濾波器要求

結論

總之

，零中頻和射頻采樣架構都能提供出色的能力。然而
，如果目標是優化成本、zhonglianghechicun

，namelingzhongpinjiagouzaiduogefangmianshengchu。conggonghaojiaodukan

，jichengledabufenmonizengyidelingzhongpinjiagoujuyoulingrenxinfudejiedianxiaoguo。tongyang，dangkaolvlvbodeyingxiangshi
，lingzhongpinyeyouxianzhujiangdilvboyaoqiudeqianli。suiranlvboqidechengbenchayikenenghenxiao，dangenjusuoxuqiangtideshuliang，zhexielvboqidechicunhezhongliangjianshaoyinghuichaoguo50%。

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