直接变频接收机可实现多标准/多频段接收
泄漏到射频输入端口的任何本振信号都将发射回接收机中并与本振信号形成自混频。自混频导致本振信号的平方项,这将产生二次谐波,虽然通过低通滤波可以大大衰减自混频产生的高频,但直流却落入到直接混频接收机的频带内。请注意图2中的直流项。
在基带采样系统中通常需要采用直流偏置校准和修正方法。残留的直流偏置等效于信号分析带宽内的干扰信号。有几种可以减小该影响的技术,包括直流跟踪对消,基带采用交流耦合,或者采用简单的方法——即通过选择具有优异直流特性(包含较高偶次项失真特性)的器件。
非理想正交和镜像抑制
I/Q幅度和相位失配将会引起信噪比性能降低。理想的I/Q解调器中,基带I/Q信号的I和Q向量之间的相位关系为90度,这就是所谓的理想正交。在理想条件下,数字域里符号的鉴别可以很容易地通过瞬时I/Q向量轨迹来实现。然而当系统中具有I/Q失配时,I/Q符号向量将具有幅度和相位误差,这将降低恢复信号的信噪比。I/Q的静态误差可以通过数字技术来消除。而研究直接变频接收机的有效镜像抑制与信号电平和偏移载波频率的量之关系是非常重要的。正确理解接收机的单音I/Q失配的影响,将有助于简化对加入一个调制信号时所测得性能的解释过程。
调制误差比性能
调制误差比(MER)是用来衡量数字发射机或接收机的调制精度的一种方法。在一个理想线性和无噪系统中,接收机接收到信号的所有I/Q符号都将映射到信号空间星座图的准确位置上,而设计中的各种非理想型(如幅度失衡、噪声基底以及相位失衡)都将引起实测到的符号向量偏离其理想位置。该直接变频接收机给出了各种调制方案所应效仿的MER性能水平。
图3:10MHz OFDMA WiMAX信号的MER与射频输入功率的关系
图4:零中频、低中频和阻塞干扰情况下WCDMA信号的MER与射频输入功率的关系。
图3和图4分别绘出了用于10MHz宽的OFDM,WiMAX和WCDMA信号的不同功率上MER性能。通常,针对所接收到的输入信号功率,接收机有三个明显限制MER的因素。强信号时,由于接收机非线性所引起的落入带内的失真分量将会大大降低MER。信号电平为中等时,接收机工作在线性状态,信号又远大于任何噪声贡献,此时MER达到其最佳值,这时其主要控制因素有解调器的正交精度、滤波网络和可变增益放大器(VGA),以及测试设备的精度等。随着信号电平的持续降低,噪声成为主要因素,此时MER性能将随着信号电平逐dB下降。低信号电平时,噪声为主要限制因素,以分贝为单位的MER将与SNR成正比关系。
仔细观察图4可以发现接收机在各种场景中的恢复性能。5MHz低中频是最好的情况,因为不会受到与零中频相关的任何直流偏置和闪烁噪声的影响。在低功率电平上,接收机的噪声性能相当恒定。即便有单音或双音强干扰(W-CDMA基站规范中一种常见测试)时,噪声系数的偏差也位于1dB之内。
镜像抑制比是有用输入信号频率所产生的中频信号电平与镜像频率所产生的中频信号电平之比。镜像抑制比的单位为分贝。适度的镜像抑制比是非常关键的,因为镜像功率可能远高于有用信号功率,从而影响下变频性能。图5给出了W-CDMA的镜像抑制与不同中频频率的关系。该接收机提供了出色的未校准镜像抑制性能。通过附加的数字校正技术就能实现大于75dB的镜像抑制,从而使得直接变频接收机能够同时捕获数个相邻但功率相差很大的信号(这是多载波接收机设计的一个关键性能)。
图5:W-CDMA的镜像抑制与不同中频频率的关系。
- 直接变频接收机实现多标准/多频带运行(03-08)