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数字信号处理技术在软件无线电中的应用
夏牧
    [摘要] :初步探讨了宽带 A/ D变换、数字中频处理和高速 DSP等现代数字信号处理技术在软件无线电中的应用,根据器件的技术水平给出了具体的实现框图。
    [关键词] :软件无线电;数字信号处理; A/ D变换; DSP;数字下变频
0 引言 
    软件无线电(Software Radio)是近几年才提出的一种新的无线通信体系结构,其基本思想是把硬件作为无线通信的基本平台,而把尽可能多的无线通信功能用软件来实现。
从软件无线电的技术实现来看,核心是在数字领域通过软件来实现各种无线通信功能。因此,决定性的步骤就在于将 A/ D, D/A变换器尽量向射频端靠拢,从目前的技术发展水平来看,应用宽带或多频段天线,将整个中频频段作 A/ D变换,中频之后的整个处理都用通用可编程数字器件和软件来实现,原理如图 1所示。
    可看出:这样一个系统中,数字信号处理部分是非常关键的,这就对高速 A/ D变换器,高速 DSP和数字中频处理以及 CPU等从设计到实现等诸环节都提出了很高要求,下面分别讨论。
1 A/ D部分
    软件无线电接收的射频信号经射频前端的处理后,变成宽带中频信号。从现有的技术和器件水平来看,只能在中频对模拟射频信号进行量化处理,使之成为数字信号,这样一来,对 A/ D变换器的要求主要是采样速率和采样位数。
    采样速率主要由信号带宽决定, 2倍于信号带宽的采样速率只有理论意义,一般实用中至少应大于 2 . 5倍的信号带宽。采样速率高,会带来额外的信噪比增益,参考文献[1 ]中指出:SNR = 2 B+1 . 76+1 0 lg(fs/ 2 fmax) ,其中:fs是采样速率, B是量化比特位数, fmax为信号的最高频率。可见在 B一定的情况下, fs每增加一倍,能带来 3 d B的 SNB增益。当然 fs也不能太高,因为还必须考虑到采样后系统和 A/ D变换器的处理能力。 A/ D变换器的位数则必须满足一定的动态范围要求及数字处理部分的精度要求,表 1给出了目前用于通信领域的几种 A/ D转换器的主要技术指标,从中可以看出:一般 80 d B的动态范围,分辨率不小于 1 2位。
    软件无线电在中频段对信号进行 A/ D转换,要求动态范围应在 60~ 80 d B之间,因此, AD90 42和 AD6640比较合适,它们在宽带接收机中的典型应用如图 2所示。
   AD6640是为宽带和多信道数字无线接收机而推出的 1 2 bit中频快速采样 ADC,其温度范围为-40~ 1 85℃。
    AD6640的高采样速率为“软件无线电”提供了新的机遇,采用一个 ADC将整个输入频段内的信号数字化,使设计者能够用一个宽带、多信道采样器来取代多个模拟前端。AD6640的应用范围十分广泛,从 CDMA, GSM及第 3代移动通信系统蜂窝/ PCS基站接收机到 GPS抗干扰接收机,相位阵接收机和其它类型的话音和数字通信接收机都可采用 AD6640芯片作为 ADC。
    D6640芯片可提供高达 65MSPS的采样速率, 80 d B的 SF-DR,它的所有差分模拟输入阶段具有 3 0 0 MHz输入带宽特征,直接采样的中频频率可高达 70