基于濾波器和混頻器實(shí)現(xiàn)軟件無線電的應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

作者：John Wendler;Ray Tremblay

SDR（軟件無線電）具有極大的適應(yīng)性，允許隨意改變模式或波形。本設(shè)計(jì)方案將焦點(diǎn)放在適度帶寬SDR的“激勵(lì)源”部分（圖1）。RF載波或發(fā)射機(jī)IF加入積分調(diào)節(jié)器，根據(jù)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，經(jīng)調(diào)制的輸出為進(jìn)一步頻率轉(zhuǎn)化或擴(kuò)大而退出。DSP部分一半用于分析基帶信號(hào)——既然這樣，信號(hào)分為實(shí)部和虛部。這些信號(hào)源于語音經(jīng)帶ADC麥克風(fēng)的輸出，或計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)。不管信號(hào)來源，DSP完成一串?dāng)?shù)字的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)濾波，也許增加了信號(hào)音調(diào)或打包數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)串到最后I和Q的調(diào)制信號(hào)。對(duì)適度帶寬，立體聲Σ-ΔDAC或編碼器提供轉(zhuǎn)換到模擬信號(hào)，對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)一些額外濾波。積分調(diào)制器由一對(duì)混頻器組成，所以這些濾波器通常是必要的。這些混頻器將基帶頻率的任何噪聲直接轉(zhuǎn)化到調(diào)制器輸出。

輸出噪聲是個(gè)問題。FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）規(guī)定一些設(shè)備上，如地面移動(dòng)無線電，頻譜遮罩或鄰近信道功率比的需求。這些需求根據(jù)信道帶寬和發(fā)射頻率改變，控制允許發(fā)送的頻譜。它們的功能通常一致，但在發(fā)射機(jī)鄰近信道上限制與其他用戶沖突。滿足頻譜遮罩是調(diào)制的需求;不能保證無線電沒有滿足需求，且沒有這個(gè)證明，是不能合法銷售的。圖2顯示一個(gè)頻譜遮罩的例子，47 CFR 90.210 G，X軸顯示距信道中心的偏移量，Y軸顯示未調(diào)制的載波輸出。這個(gè)遮罩應(yīng)用于800MHz SMRS（專用移動(dòng)無線電服務(wù)），其信道分別為25kHz，而信號(hào)僅占據(jù)20kHz。

未調(diào)制載波首先傳送到遮罩中心和頂部，與相應(yīng)發(fā)射機(jī)的輸出功率相適應(yīng)。然后，開始調(diào)制，傳播頻譜。所得頻譜必定降到所有位置的遮罩線位置以下。

圖2中閉合檢查顯示一些有趣的特征。在載波痕跡上，采樣頻率的毛刺出現(xiàn)在距中心±19.2 kHz。被調(diào)制頻譜也很有趣。Σ-ΔDAC中濾波器在大約±10kHz處引起幾乎垂直下降。約±12kHz出現(xiàn)隆起，隨頻譜增加逐漸下降，這是由高功率放大器的非線性引發(fā)的。

許多適度帶寬SDR需要在Σ-ΔDAC的單端輸出和典型平衡輸入積分調(diào)制器之間轉(zhuǎn)化。常常需要跟隨帶硬件濾波器的DAC輸出，其消除DAC的高頻噪聲，并確保滿足頻譜遮罩需要。更復(fù)雜的事情，DAC的最佳共模和差模輸出電壓很有可能與調(diào)制器需要不同。簡(jiǎn)單的縮放比例因數(shù)與共模和差模電壓無關(guān)。

考慮所有常規(guī)方法，每個(gè)I或Q通道都需要帶多濾波器的四運(yùn)算放大器。濾波器需要匹配精密器件，確保載波和單邊頻帶抑制——理想積分調(diào)制器的關(guān)鍵——作為基帶頻率不能降級(jí)。另一方面，Linear技術(shù)公司的LTC1992，用單一器件解決問題。在其數(shù)據(jù)手冊(cè)中，Linear顯示了完全平穩(wěn)的方法（參考文獻(xiàn)1）。

然而，其關(guān)閉，完全平穩(wěn)的方法不是必須的。圖3電路，在輸出信道和消除一些危險(xiǎn)器件匹配需求之間，具有極好的相位和幅值平衡。管腳2設(shè)置需要的共模輸出電壓，DAC的參考電壓通過管腳8的輸入電阻連接。注意到任何輸入和參考電壓之間輸出的匹配不當(dāng)，將引起不對(duì)稱擺動(dòng)。這個(gè)應(yīng)用旁路管腳7。濾波器為有源單極電路，級(jí)連反向Sallen-Key濾波器，但是其他拓?fù)湟彩强尚械摹?/p>

圖4顯示對(duì)地正通道的被測(cè)頻率響應(yīng)。顯然6dB缺口是僅著眼于一半差分輸出電壓的結(jié)果;當(dāng)檢查全平穩(wěn)輸出時(shí)，網(wǎng)絡(luò)增益為0dB。圖5顯示理想等振幅和正負(fù)輸出之間180°相移的測(cè)量方差。在臨界300Hz到3kHz的范圍內(nèi)均小于0.1dB和0.1°。即使在50kHz，誤差也小于0.5dB和1°。

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