無線技術(shù)標準的不斷地演進，迫使電信公司必須支付龐大的成本，而軟件無線電(sdr)則能解決這個問題。完全可重配置的無線射頻系統(tǒng)的面世可以通過軟件升級來支持新標準或多種標準，使電信公司不需花費高額成本布建新基礎(chǔ)設(shè)施，就能提供新的無線技術(shù)、更新和更好的服務(wù)給用戶。然而，完全可重配置無線電的最大挑戰(zhàn)并非是軟件，模擬電路及其與數(shù)字電路之間的橋接才是系統(tǒng)設(shè)計工程師需要面臨的問題。本文主要討論模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換在sdr實現(xiàn)中的挑戰(zhàn)，以及adc的哪些突破可以促進軟件無線電的實際應(yīng)用。

　　存在的問題

　　sdr對于電信公司來說，可以以最少的基礎(chǔ)設(shè)施部署成本，滿足覆蓋范圍寬廣的無線電頻率與標準，并應(yīng)付它們的未來演進。針對此需求，要求設(shè)計具有足夠的彈性，以支持比平常更寬的頻帶，并提供超過窄頻應(yīng)用所需的動態(tài)范圍。即最終必須能夠在多載波環(huán)境中，處理調(diào)制方式與帶寬皆不同的載波，以及信號阻隔(blocking)等需求。

　　dsp技術(shù)的進步已大幅提高無線射頻系統(tǒng)數(shù)字后端的功能，有助于sdr的實現(xiàn)。目前還缺少的，就是將敏感度極高的模擬信號轉(zhuǎn)換為處理方便的數(shù)字信號。在這些無線電系統(tǒng)中ad轉(zhuǎn)換對于實現(xiàn)最終的目標非常重要。無線射頻系統(tǒng)的接收器(rx)和發(fā)射器(tx)都會用到adc，它是sdr應(yīng)用中不可或缺的器件。

　　adc重要規(guī)格

　　靈敏度與可用帶寬是無線射頻系統(tǒng)接收器設(shè)計的主要規(guī)格。靈敏度是指無線射頻系統(tǒng)對天線輸入端微弱信號的處理能力，通常以dbm表示。對adc而言，靈敏度通常轉(zhuǎn)換成信噪比(snr)指標，并以dbc或dbfs表示(dbc是以載波信號為基準所表示的信噪比，dbfs則是以adc的滿刻度輸入為基準)。無線射頻系統(tǒng)的小信號接收能力以及大干擾信號抑制能力皆與adc的無雜散動態(tài)范圍(sfdr)密切相關(guān)，sfdr是目標信號(載波)與adc輸出中次高的雜散信號(無論是否為諧波)的比值，通常以dbc表示。

　　最后，轉(zhuǎn)換器的可用帶寬其實是定義不明確的名詞，主要指adc在適當snr和sfdr性能下所能處理的實際信號帶寬。在業(yè)界標準做法里，adc規(guī)格是以模擬輸入頻率響應(yīng)的-3db為參考點。然而，現(xiàn)今許多轉(zhuǎn)換器雖標示有高達數(shù)百mhz的帶寬，實際性能卻在模擬輸入頻率增加到200-300mhz后就大幅下降。

　　帶寬考慮

　　sdr的重要優(yōu)點之一，是它不需要新硬件就能處理更大頻率范圍，就當前的全球頻譜使用情形來看，此點格外吸引人。每一種無線技術(shù)標準都會定義多種工作頻率，例如，gsm就能在400mhz、850mhz、900mhz、1800mhz、1900mhz甚至2500-2690mhz的gsm延伸頻帶上工作；3gpp頻率包括1800mhz、1900mhz和2100mhz；wimax頻率則包括2500mhz、3500mhz和往上一直到5ghz，而且未來還會應(yīng)用在更多的頻率上。

　　由于頻率種類復(fù)雜繁多，通過adc盡可能把最大信號帶寬數(shù)字化就成為一項重要優(yōu)勢，這也使得adc的采樣頻率成為這類設(shè)計的重要關(guān)鍵。根據(jù)奈奎斯特條件，adc在不產(chǎn)生迭頻(aliasing，目標信號數(shù)字化后混迭自身而造成失真的過程)下所能數(shù)字化的帶寬，為其采樣頻率一半 (fs/2)。例如，采樣頻率為200msps的adc最大能將100mhz帶寬的信號數(shù)字化。然而在實際應(yīng)用里，負責將模擬輸入端帶寬限制為fs/2的濾波器不可能是完美的，因此會降低實際可用的帶寬。

　　除了接收器外，大帶寬對無線發(fā)射來說也很重要。由于功率放大器成本與其輸出功率成正比，提高效率就成為減少零件用料和工作成本的重要方法�，F(xiàn)代的數(shù)字預(yù)失真算法雖能將發(fā)射器功率放大器線性化，卻需要將帶寬放大到發(fā)射信號帶寬的好幾倍，再將此數(shù)字化帶寬回授給數(shù)字處理器，因此采樣速率極高的adc在系統(tǒng)中即為一不可或缺的角色。

　　信噪比

　　為了維持最高靈敏度，sdr必須擁有很高的信噪比，以分辨微弱信號和進行解調(diào)。無線技術(shù)標準演進到64qam等高階調(diào)制機制后，對于adc的信噪比性能要求更為嚴格。當天線接收輸入功率很低時，adc的信噪比(再加上本地振蕩器的相位噪聲)就成為限制因素，決定整個接收器的靈敏度。

　　sdr設(shè)計人員直到最近都還必須犧牲信噪比來提高采樣頻率(帶寬)，因為采樣率高達數(shù)百msps的最先進adc只有10位，信噪比則在50dbfs左右。隨著ads5463(12位/500msps)的出現(xiàn)， adc的采樣頻率已大幅提高一倍(過去最高僅250msps)，使信噪比躍增至65dbfs左右，可以實現(xiàn)過去無法做到的許多設(shè)計。

　　除了能夠有效重建最大模擬信號帶寬外，處理增益是adc采樣頻率的另一項附帶優(yōu)點。一般而言，adc的信噪比都是以正弦波功率與轉(zhuǎn)換器在整個奈奎斯特頻帶(從0hz到fs/2，不包含直流)噪聲總和的比值來計算，總噪聲通常會均勻分布在奈奎斯特區(qū)域。當接收器處理該區(qū)域的某個頻帶信號時，數(shù)字濾波器就能大幅衰減該頻帶以外的噪聲。假設(shè)目標信號帶寬為bwsig，adc的采樣頻率為fs，則實際的處理增益可計算如下：

　　圖1是采樣速率為500msps ads5463這類超高速adc