傳統(tǒng)無線電接收器的缺點及解決方案

   模擬濾波器會引入相位失真。
    ADC 注入一個無法輕易從所需信息中刪除的直流項。請注意，圖 1 的 IF 混頻器將所需通道的中心頻率轉換為 DC，其中 ADC 可以注入誤差項。該 ADC 偏移可由其構建模塊（例如放大器和比較器）的偏移產(chǎn)生。即使零信號施加到 ADC 時，偏移項也會產(chǎn)生非零數(shù)字代碼。這對于以極低頻率傳遞信息的系統(tǒng)非常重要。

    我們可以彌補接收器 DSP 部分的這些缺陷；然而，更好的解決方案是將 A/D 轉換器放在接收器鏈中的正交混頻器之前。如圖 2 所示。

    正如您所看到的，現(xiàn)在 A/D 轉換發(fā)生在中頻而不是基帶。這意味著 ADC 必須以更高的采樣率運行。如圖所示，ADC之后的模塊都在數(shù)字域中操作。例如，圖2中振蕩器2的輸出實際上是與正弦和余弦信號對應的數(shù)字值。為了實現(xiàn)振蕩器 2，我們通常使用直接數(shù)字合成器(DDS)。第二次下變頻是使用兩個數(shù)字乘法器執(zhí)行的，LPF 是數(shù)字濾波器。
    如上所述，采用圖 2 的結構，ADC 將必須以更高的采樣率運行。這可能被認為是一個缺點，但 DDC 方法也提供了顯著的優(yōu)點：
    現(xiàn)在，中頻混頻器和低通濾波器都是數(shù)字電路。因此，由模擬組件之間的不匹配引起的不平衡相關失真已被消除。
    與模擬域不同，我們可以輕松設計線性相位數(shù)字濾波器。
    在信號通過 IF 混頻器之前，數(shù)字濾波器可以輕松去除由 ADC 注入的 DC 項（ 示例請參見《無線通信和廣播中的數(shù)字前端》第 12 章）。
    請注意，雖然圖 2 中的正交混頻器和 LPF 位于接收器 DSP 引擎之外，但我們當然可以在系統(tǒng)的 DSP 平臺內實現(xiàn)這些模塊。此外，在基帶 LPF 之后，我們可以顯著降低采樣率，而不會丟失所需的信息（有關更多信息，請參閱我關于 多速率 DSP 及其在 A/D 轉換中的應用的文章 ）。因此，我們可以重新繪制圖 2 虛線框內的電路，如圖 3 所示。該塊稱為數(shù)字下變頻器或 DDC。
    數(shù)字下變頻

    假設經(jīng)過模數(shù)轉換后，所需信號的頻譜如圖 4 所示。

    所需信號的中心頻率為 110 MHz，帶寬為 4 MHz（該圖顯示了正頻率和負頻率）。此外，我們假設 ADC 以 440 MSPS（每秒兆樣本）的速率生成樣本。DDC 將如何處理該輸入？
    DDC 使用的 DDS 將生成 110 MHz 正弦和余弦信號。每個正弦和余弦函數(shù)都會產(chǎn)生 $$\pm 110$$ MHz 的脈沖。由于時域中的乘法對應于頻域中的卷積，因此我們將得到圖 3 中節(jié)點 A 和 B 的頻譜，如圖 5 所示。兆赫。由于時域中的乘法對應于頻域中的卷積，因此我們將得到圖 3 中節(jié)點 A 和 B 的頻譜，如圖 5 所示。
    ±

    110

    圖5
    正如您所看到的，$$\pm 110$$ MHz 的頻移已將圖 4 的藍色頻譜轉換為 220 MHz 和 DC。同樣，綠色頻譜移至 DC 和 -220 MHz。我們能夠對節(jié)點 A 和 B 使用一張圖，因為這兩個節(jié)點具有相同的幅度特性，并且圖 5 僅傳達了幅度譜。節(jié)點 A 的相位譜將不同于節(jié)點 B 的相位譜。 MHz 已將圖 4 的藍色頻譜轉換為 220 MHz 和 DC。同樣，綠色頻譜移至 DC 和 -220 MHz。我們能夠對節(jié)點 A 和 B 使用一張圖，因為這兩個節(jié)點具有相同的幅度特性，并且圖 5 僅傳達了幅度譜。節(jié)點 A 的相位譜將不同于節(jié)點 B 的相位譜。
    ±
    110

    在圖 5 中，請注意，下變頻后信號邊帶在 DC 周圍重疊。考慮到這種重疊，我們可以僅使用以 DC 為中心的頻譜部分來恢復所需的信息嗎？我們可以; 我們使用正交混合，它生成兩個相同的幅度譜，但也生成兩個不同的相位譜，并且重疊區(qū)域的相位譜使我們能夠恢復原始信息。由于這種重疊不是問題，因此高于 2 MHz 的頻率分量不能提供任何必要的信息，因此我們可以在數(shù)字混頻器之后放置一個 LPF，以僅保留低于 2 MHz 的頻率分量。這種低通濾波在圖 3 中描繪為單級濾波器，通常作為兩級濾波器實現(xiàn)，如圖 6 所示。

    圖6
    級 LPF1 可設計為消除以 220 MHz 為中心的高頻分量。為此，我們需要一個通帶延伸至約 2 MHz 且阻帶從約 218 MHz 開始的 LPF。該濾波操作有時稱為對 DDS 創(chuàng)建的圖像信號進行濾波。
    第二級 LPF2 消除了 2 MHz 至 218 MHz 之間的任何不需要的頻率分量。經(jīng)過 LPF2 后，信號不包含超出預期信息帶寬（即 2 MHz）的頻率分量，但我們仍然使用 440 MSPS 來表示該信號。因此，我們可以應用下采樣概念來降低采樣率。