用直接变频技术降低WLAN无线电成本
时间：03-21
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其他考虑
因为零中频接收机没有中频级，就不存在使其覆盖非常宽的信号频率范围的基本问题。频率范围的限制主要取决于预选择滤波器、射频放大器级和本地振荡器调谐范围的带宽。了解了这些以后，零中频接收机就可以很容易地覆盖许多频带。集成电路技术允许放大器的紧密匹配，这样就能实现自动增益控制。这些放大器必需在一个很宽的增益控制范围内在增益和相位方面匹配。
另外还需要考虑的是增益控制的反应必需非常快以适应信息包通信。例如 IEEE802.11a 的信号前导长度只有16毫秒，自动增益控制和直流补偿设定必需在这段时间内完成。
低通滤波器
低通滤波器是零中频接收机信道选择的唯一防线。接收机带内的信道选择全靠这个滤波器实现。这并非指预选择滤波器是不需要的，而是指这个滤波器覆盖的频带实在太宽了，因而不能很好地选择相邻信道的信号。
低通滤波器一定要能处理本地振荡器的泄漏和从混频器送来的射频。例如，符合802.11a 协议要求信号的低通滤波器的通带宽度应该是8MHz，本振泄漏频率应该是5.3 GHz。所以如果器件的自谐振频率低于这个频率，根据理论分析，五个极点Butterworth滤波器是做不到的。如果滤波器是有源的，它将会需要一个带有增益带宽分量的增益部件。
如果泄漏信号的频率等于或大于放大器的增益带宽，则该滤波器不可能达到理想的频率响应。如果想把电平幅度大于放大器压摆率极限值的大幅度的信号去掉，也会造成信号的很大的失真和交叉调制。
因此，可能需要一个无源的集中参数的滤波器或一个无源和有源的混频器。从低通滤波器输出的信号将包含想要接收的信号和噪声还包含所有其他信道的残留的信号。在纯零中频情况下，期待的信号占绝对优势，因此，不再需要附加的滤波器。
这个想要接收的信号，参照天线上场强，可以从-95dBm变化到 -20dBm，因此必需能容纳正负75dB的动态范围。如果没有前置放大器，需要采用18位的A/D转换器；如果用一个60dB的自动增益控制(AGC)放大器，则只需要采用8位的A/D转换器就行了。做一个高位数的A/D转换器和做一个能满足要求的平衡放大器各有困难之处，需要做一下权衡。
若在A/D转换以后还需要做附加的滤波，则附加的动态范围必需达到附加的对A/D转换所要求的精度。在这一点上可以做一些折衷，如果用较高的A/D转换精度，就可以减轻自动增益控制放大器的负担，也可以对A/D转换前的滤波要求低一些。
这些自动增益控制放大器是工作在基带上的，故它们分别位于实部和虚部路径，并且具有一致的特性。这就是说，它们是一起受到控制的，必定在整个信号强度变化范围内受到控制，输出变化在1dB左右。这些放大器的相位偏移一定需要在整个控制范围内得到匹配，但这不是一个太强制性的需求，因为这些放大器的带宽可以比信号带宽宽得多。
从某些角度看，零中频无线电其性能优于传统的超外差式无线电台。它不需要使用会使信号产生组延迟现象的声表面波滤波器。从另外一方面看来，这就是意味着，由于不使用高性能的声表面波滤波器，零中频无线电将比较少地受到相邻无线电的干扰。此外零中频无线电除了受直流的影响外，更少受到虚假信号的干扰。但目前零中频无线电的功率消耗还有些高，为了解决这个难题，还需要引进先进的电流技术。
然而，从所需元件的个数这一角度来看，零中频无线电的结构具有压倒性的优势，请看图3。参考建议的IEEE802.11g标准，我们知道，零中频技术还需要采用先进的电路设计来提高必要的实部/虚部增益以及相位平衡，才能支持54Mbps速率的正交频分复用信号的高错误矢量幅度和信噪比。这还包括进行内部校准来处理信号的损坏。
双频段零中频接收机
图4所示的双频段无线电具有两个互相补充的频段：2.4 GHz ISM 频段和5.2GHz U-NII 频段。对于这种无线来说，最常用的接收技术是采用一个滤波器，把这个滤波器安装在实际中可以做到的尽可能接近天线的地方(在任何放大级前)，而且把频带调得尽可能窄。
如接收机必需覆盖一个频率段，那么这个频率段就是预选择滤波器所需要的带宽。如果接收机必需覆盖两个频率段，例如，ISM频段和U-NII频段，则可以采用两种方案来设计接收机：1)在覆盖不同频段的两个滤波器之间切换；2)把滤波器分割为两个通带。对这个两个通带，也需要用一个合成的开关逐一进行处理。
如果频率合成器没有切换开关，从U-NII频段切换到ISM频段需要一个额外的调谐区。这可以用一个用于压控振荡器的元件，即控制电容或电感变化的开关来实现。零中频接收机没有虚假频率问题，所以从理论上讲它能处理多个八输入(multi-octave-input)滤波器带宽问题。
实际上，因为这样做会允许更多的信号带内的能量以及谐波输入，使得接收机动态范围的要求更难实现。于是，在输入频带中会存在非常低阶的交叉调制乘积项。若采用双频段技术，在拥挤的PCMCIA线路板尾部还需要采用创新的天线技术。
因为零中频接收机没有中频级，就不存在使其覆盖非常宽的信号频率范围的基本问题。频率范围的限制主要取决于预选择滤波器、射频放大器级和本地振荡器调谐范围的带宽。了解了这些以后，零中频接收机就可以很容易地覆盖许多频带。集成电路技术允许放大器的紧密匹配，这样就能实现自动增益控制。这些放大器必需在一个很宽的增益控制范围内在增益和相位方面匹配。
另外还需要考虑的是增益控制的反应必需非常快以适应信息包通信。例如 IEEE802.11a 的信号前导长度只有16毫秒，自动增益控制和直流补偿设定必需在这段时间内完成。
低通滤波器
低通滤波器是零中频接收机信道选择的唯一防线。接收机带内的信道选择全靠这个滤波器实现。这并非指预选择滤波器是不需要的，而是指这个滤波器覆盖的频带实在太宽了，因而不能很好地选择相邻信道的信号。
低通滤波器一定要能处理本地振荡器的泄漏和从混频器送来的射频。例如，符合802.11a 协议要求信号的低通滤波器的通带宽度应该是8MHz，本振泄漏频率应该是5.3 GHz。所以如果器件的自谐振频率低于这个频率，根据理论分析，五个极点Butterworth滤波器是做不到的。如果滤波器是有源的，它将会需要一个带有增益带宽分量的增益部件。
如果泄漏信号的频率等于或大于放大器的增益带宽，则该滤波器不可能达到理想的频率响应。如果想把电平幅度大于放大器压摆率极限值的大幅度的信号去掉，也会造成信号的很大的失真和交叉调制。
因此，可能需要一个无源的集中参数的滤波器或一个无源和有源的混频器。从低通滤波器输出的信号将包含想要接收的信号和噪声还包含所有其他信道的残留的信号。在纯零中频情况下，期待的信号占绝对优势，因此，不再需要附加的滤波器。
这个想要接收的信号，参照天线上场强，可以从-95dBm变化到 -20dBm，因此必需能容纳正负75dB的动态范围。如果没有前置放大器，需要采用18位的A/D转换器；如果用一个60dB的自动增益控制(AGC)放大器，则只需要采用8位的A/D转换器就行了。做一个高位数的A/D转换器和做一个能满足要求的平衡放大器各有困难之处，需要做一下权衡。
若在A/D转换以后还需要做附加的滤波，则附加的动态范围必需达到附加的对A/D转换所要求的精度。在这一点上可以做一些折衷，如果用较高的A/D转换精度，就可以减轻自动增益控制放大器的负担，也可以对A/D转换前的滤波要求低一些。
这些自动增益控制放大器是工作在基带上的，故它们分别位于实部和虚部路径，并且具有一致的特性。这就是说，它们是一起受到控制的，必定在整个信号强度变化范围内受到控制，输出变化在1dB左右。这些放大器的相位偏移一定需要在整个控制范围内得到匹配，但这不是一个太强制性的需求，因为这些放大器的带宽可以比信号带宽宽得多。
从某些角度看，零中频无线电其性能优于传统的超外差式无线电台。它不需要使用会使信号产生组延迟现象的声表面波滤波器。从另外一方面看来，这就是意味着，由于不使用高性能的声表面波滤波器，零中频无线电将比较少地受到相邻无线电的干扰。此外零中频无线电除了受直流的影响外，更少受到虚假信号的干扰。但目前零中频无线电的功率消耗还有些高，为了解决这个难题，还需要引进先进的电流技术。
然而，从所需元件的个数这一角度来看，零中频无线电的结构具有压倒性的优势，请看图3。参考建议的IEEE802.11g标准，我们知道，零中频技术还需要采用先进的电路设计来提高必要的实部/虚部增益以及相位平衡，才能支持54Mbps速率的正交频分复用信号的高错误矢量幅度和信噪比。这还包括进行内部校准来处理信号的损坏。
双频段零中频接收机
图4所示的双频段无线电具有两个互相补充的频段：2.4 GHz ISM 频段和5.2GHz U-NII 频段。对于这种无线来说，最常用的接收技术是采用一个滤波器，把这个滤波器安装在实际中可以做到的尽可能接近天线的地方(在任何放大级前)，而且把频带调得尽可能窄。
如接收机必需覆盖一个频率段，那么这个频率段就是预选择滤波器所需要的带宽。如果接收机必需覆盖两个频率段，例如，ISM频段和U-NII频段，则可以采用两种方案来设计接收机：1)在覆盖不同频段的两个滤波器之间切换；2)把滤波器分割为两个通带。对这个两个通带，也需要用一个合成的开关逐一进行处理。
如果频率合成器没有切换开关，从U-NII频段切换到ISM频段需要一个额外的调谐区。这可以用一个用于压控振荡器的元件，即控制电容或电感变化的开关来实现。零中频接收机没有虚假频率问题，所以从理论上讲它能处理多个八输入(multi-octave-input)滤波器带宽问题。
实际上，因为这样做会允许更多的信号带内的能量以及谐波输入，使得接收机动态范围的要求更难实现。于是，在输入频带中会存在非常低阶的交叉调制乘积项。若采用双频段技术，在拥挤的PCMCIA线路板尾部还需要采用创新的天线技术。