無線電發射器在經曆了若幹年的發展後
，逐步從簡單中頻發射架構過渡到正交中頻發送器、零中頻發送器。而這些架構仍然存在局限性，最新推出的RF直接變頻發送器能夠克服傳統發送器的局限性。本文比較了無線通信中不同發射架構的特點
，RF直接變頻發送器采用高性能數/模轉換器(DAC)，比傳統技術具有明顯優勢。RF直接變頻發送器也具有自身挑戰，但為實現真正的軟件無線電發射架構鋪平了道路。

 

RF DAC
，例如14位2.3Gsps MAX5879
，是RF直接變頻架構的關鍵電路。這種DAC能夠在1GHz帶寬內提供優異的雜散和噪聲性能。器件在第二和第三奈奎斯特頻帶采用創新設計，支持信號發射
，能夠以高達3GHz的輸出頻率合成射頻信號，測量結果驗證了DAC的性能。

 

 

過去數十年間，一直采用傳統的發送器架構實現超外差設計，利用本振(LO)和混頻器產生中頻(IF)。混頻器通常在LO附近產生兩個鏡頻(稱為邊帶)
，通過濾除其中一個邊帶獲得有用信號。現代無線發射係統，尤其是基站(BTS)發送器大多對基帶數字調製信號進行I、Q正交調製。

 

圖1. 無線發送器架構。

 

 

複數基帶數字信號在基帶有兩個通路：I和Q。采用兩個信號通路的好處是：使用模擬正交調製器(MOD)合成兩個複數IF信號時，其中一個IF邊帶被消除。而由於I、Q通路的不對稱性，不會非常理想地抵消調製器的鏡頻。這種正交IF架構如圖1(B)所示
，圖中，利用數字正交調製器和LO數控振蕩器(NCO)對I
、Q基帶信號進行內插(係數R)
，並調製到正交IF載波。然後，雙DAC將數字I、Q IF載波轉換成模擬信號
，送入調製器。為了進一步增大對無用邊帶的抑製，係統還采用了帶通濾波器(BPF)。

 

 

圖1(A)所示的零中頻(ZIF)發送器中，對基帶數字正交信號進行內插
，以滿足濾波要求；然後將其送入DAC。同樣在基帶將DAC的正交模擬輸出送至模擬正交調製器。由於將整個已調製信號轉換到LO頻率的RF載波

，所以，ZIF架構真正凸顯了正交混頻的“魅力”。然而，考慮到I、Q通路並非理想通路，例如LO泄漏和不對稱性，將會產生反轉的信號鏡像(位於發射信號範圍之內)，congerzaochengxinhaowuma。duozaibofasongqizhong
，jingpinxinhaokenengkaojinzaibo
，zaochengdaineizasanfushe。wuxianfasongqiwangwangcaiyongfuzadeshuziyushizhen
，yonglaibuchangcileixiaci。

 

 

圖1(D)所示RF直接變頻發送器中
，在數字域采用正交解調器，LO由NCO取代，從而在I、Q通路獲得幾乎完美的對稱性
，基本沒有LO泄漏。所以數字調製器的輸出為數字RF載波
，送入超高速DAC。由於DAC輸出為離散時間信號，產生與DAC時鍾頻率(CLK)等距的混疊鏡頻。由BPF對DAC輸出進行濾波，選擇射頻載波，然後將其送至可變增益放大器(VGA)。

 

 

RF直接變頻發送器也可利用這種方法產生較高中頻的數字載波，如圖1(C)所示。這裏，DAC將數字中頻轉換為模擬中頻載波。DAC之後利用帶通濾波器的選頻特性濾除中頻鏡頻。然後將該需要的中頻信號送入混頻器，產生IF信號與LO混頻的兩個邊帶，經過另外一個帶通濾波器濾波，獲得需要的RF邊帶。

顯然，RF直接變頻架構需要最少的有源元件。由於采用帶數字正交調製器和NCO的FPGA或ASIC取代模擬正交調製器和LO
，RF直接變頻架構避免了I

、Q通道的不平衡誤差及LO泄漏。此外，由於DAC的采樣率非常高，更容易合成寬帶信號，同時可保證滿足濾波要求。

 

高性能DAC是RF直接變頻架構取代傳統無線發送器的關鍵元件，該DAC需要產生高達2GHz甚至更高的射頻載波，動態性能要達到其它架構提供的基帶或中頻性能。MAX5879就是一款這樣的高性能DAC。

 

 

MAX5879是一款14位

、2.3Gsps RF DAC，輸出帶寬大於2GHz，具有超低噪聲和低雜散性能，設計用於RF直接變頻發送器。其頻率響應(圖2)可通過更改其衝激響應進行設置，不歸零(NRZ)模式用於第一奈奎斯特頻帶輸出。RF模式集中第二、第三奈奎斯特頻帶的輸出功率。歸零(RZ)模式在多個奈奎斯特頻帶提供平坦響應，但輸出功率較低。

 

MAX5879的獨特之處在於RFZ模式。RFZ模式為“零填充”射頻模式，所以

，DAC輸入采樣率為其它模式的一半。該模式對於采用較低帶寬合成信號非常有用，並可輸出高階奈奎斯特頻帶的高頻信號。所以MAX5879 DAC可用於合成超出其采樣率的調製載波，僅受限於2+GHz模擬輸出帶寬。

 

圖2. MAX5879 DAC的可選頻響特性。

 

MAX5879性能測試表明：940MHz下

，4載波GSM信號的交調失真大於74dB (圖3)；2.1GHz下
，4載波WCDMA信號的鄰道泄漏功率比(ACLR)為67dB (圖4)


；2.6GHz下

，2載波LTE的ACLR為65dB (圖5)。這種性能的DAC能夠支持多奈奎斯特頻帶中各種數字調製信號的直接數字合成，可作為多標準、多頻帶無線基站發送器的公共硬件平台。

 

圖3. MAX5879 4載波GSM性能測試，940MHz和2.3Gsps (第一奈奎斯特頻帶)。

 

圖4. MAX5879 4載波WCDMA性能測試

，2140MHz和2.3Gsps (第二奈奎斯特頻帶)。

 

圖5. MAX5879 2載波LTE性能測試，2650MHz和2.3Gsps (第三奈奎斯特頻帶)。

 

 

MAX5879 DAC也可以同時發送奈奎斯特頻帶的多個載波。該功能目前用於有線電視下行發射鏈路，發送50MHz至1000MHz頻帶的多個QAM調製信號。對於該應用
，RF直接變頻發射器可以支持的載波密度是其它發射架構的20-30倍。此外
，由於單個寬帶RF直接變頻發送器取代了多個無線發送器，從而大大減小了有線電視前端的功耗和麵積。

 

基於MAX5879的RF直接變頻發送器可利向用於寬帶、高(gao)頻(pin)輸(shu)出(chu)的(de)應(ying)用(yong)，例(li)如(ru)，隨(sui)著(zhe)智(zhi)能(neng)手(shou)機(ji)和(he)平(ping)板(ban)電(dian)腦(nao)的(de)日(ri)益(yi)普(pu)及(ji)，無(wu)線(xian)基(ji)站(zhan)將(jiang)需(xu)要(yao)更(geng)寬(kuan)頻(pin)帶(dai)。毫(hao)無(wu)疑(yi)問(wen)，當(dang)前(qian)支(zhi)持(chi)此(ci)類(lei)裝(zhuang)置(zhi)的(de)發(fa)射(she)器(qi)將(jiang)逐(zhu)步(bu)由(you)基(ji)於(yu)高(gao)性(xing)能(neng)RF DAC (例如MAX5879)的RF直接變頻發送器所取代。

 

 

基於RF DAC的發送器具有遠遠超出傳統架構的發射帶寬，而且不會損失動態性能，可利用FPGA或ASIC實現，省去了模擬正交調製器和LO合成器，從而提高無線發送器的可靠性。這種方案也大大減少了元件數量，多數情況下也會降低係統功耗。