孔良

（中國電子科技集團公司第十研究所，四川 成都 610036）

0 引言

傳統(tǒng)射頻接收機的解調(diào)方法是射頻信號（RF）進入天線后，通過下變頻技術(shù)，先將射頻信號轉(zhuǎn)換為中頻（IF）信號，然后把中頻信號轉(zhuǎn)換為同相（I）和正交（Q）兩路相互正交的基帶信號。在信號轉(zhuǎn)換過程中，在中頻部分需要加入中頻濾波器。這種解調(diào)方式使得電路變得相對復(fù)雜、集成度降低、功耗和成本提高[1-5]。

1 零中頻接收機中的直流偏移（DC-offset）問題

雖然零中頻接機具有諸多優(yōu)點，但也存在以下四方面的缺陷：閃爍噪聲、直流偏移、I/Q 通道不平衡、偶次諧波失真，須制定相應(yīng)的解決方案[6]。尤其在長距離傳輸過程中，區(qū)域和地理因素會引起信號波動，影響信號的后端處理，并受到諸如直流失配等干擾。造成載波在射頻頻段，載波恢復(fù)困難，只能用在非相關(guān)檢測方案中，零中頻接機對于I/Q 很敏感等問題。事實上，直流偏移是影響零中頻接收機性能的關(guān)鍵因素[7-9]。因此，本文將根據(jù)零中頻接收機直流偏移問題，來設(shè)計相應(yīng)的解決方案。

2 技術(shù)解決方案

直流偏移產(chǎn)生的主要原因是本振頻率與載波頻率相同，易產(chǎn)生本振泄露，使直流信號混入有用的信號中，增大了系統(tǒng)的誤碼率。如何解決零中頻接收機的直流偏移問題，傳統(tǒng)的設(shè)計方案多采用交流耦合的方式，這種方式會產(chǎn)生兩種缺陷，一是如果直流偏移變化，其響應(yīng)會非常慢，二是導(dǎo)致信號失真。因此，本設(shè)計在傳統(tǒng)設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，提出卡爾曼濾波器算法、差動法、算法校準、改變局部振動信號的頻率、動態(tài)頻譜資源共享系統(tǒng)設(shè)計等方法，來解決零中頻接收機的直流偏移問題。

第一，采用新的數(shù)字直流偏移消除方法。使用先進的卡爾曼濾波器算法進行直流偏移估計。與其他數(shù)字方法相比，該方法不需要輔助信息，需要的統(tǒng)計點數(shù)較少，處理時長較短。

第二，差動法。由于其對共模噪聲的高抗干擾性、對寄生耦合的良好抑制、動態(tài)范圍的增大等優(yōu)點，在射頻集成電路設(shè)計中越來越受到重視?；祛l器是一個特殊的射頻前端構(gòu)件，通常被設(shè)計成微分電路。本文設(shè)計了一種微分混合機，特別是雙平衡混頻器上實現(xiàn)，零中頻接收機如果(zero-intermediate 頻率)或直接變頻架構(gòu)在標準的90nm 互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)過程操作5GHz 的頻率，這是一個典型的頻率的微波存取全球互操作性(WiMAX)接收機。阻抗匹配是充分優(yōu)化混頻器設(shè)計的必要條件。零中頻雙平衡混頻器設(shè)計實現(xiàn)了11.46 dB 的轉(zhuǎn)換增益和16.53 dB的噪聲，與其他混頻器設(shè)計相媲美。

第三，通過算法校準消除了直流偏移。在不可能進行電容耦合的情況下，可以通過向系統(tǒng)中注入合適的直流信號來消除直流不平衡，并且接收機可以通過計算輸入信號來獲得輸入信號的平均值。將平均值發(fā)送到前面并減去，通常通過數(shù)字計算得出[10]。

第四，改變局部振動信號的頻率。該方法通過其他頻率的本機振蕩器信號、倍頻、分頻和混頻信號形成與所需信號相同頻率的信號。LTC5586s 射頻輸入在500 MHz 到6 GHz 之間匹配，覆蓋所有LTE 頻段，以及正在興起的3.6 GHz 和5 GHz 的4.5G 和5G 頻段。一個額外的電容器擴展匹配從300 到500 兆赫。該解調(diào)器包括前端的RF 開關(guān)，該開關(guān)將兩個輸入中的一個引導(dǎo)到可編程衰減器，該衰減器由芯片上的串行總線控制[11-12]。

第五，動態(tài)頻譜資源共享系統(tǒng)設(shè)計。零中頻接收機基于全差分I/Q 解調(diào)結(jié)構(gòu)，采用兩個相同的可調(diào)濾波器陣列，以滿足系統(tǒng)共存對相鄰信道抑制的要求。根據(jù)抗干擾的需要，計算和推導(dǎo)了可調(diào)濾波器陣列中各濾波器的性能要求。使用兩個可調(diào)濾波器陣列可大大提高零中頻射頻接收機的抗干擾能力。改進的可重構(gòu)零中頻射頻接收機，具有抗干擾能力，可用于特高頻動態(tài)頻譜資源共享系統(tǒng)，基于可調(diào)濾波器陣列計算。實測結(jié)果表明，采用兩組可調(diào)濾波器陣列，大大提高了改進的零中頻射頻接收機的抗干擾能力[13]。

3 結(jié)語

針對零中頻接收機存在直流偏移問題，如在長距離傳輸過程中，區(qū)域和地理因素會引起信號波動，影響信號的后端處理，并受到諸如直流失配等干擾。因此，本設(shè)計在傳統(tǒng)設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，提出卡爾曼濾波器算法、差動法、算法校準、改變局部振動信號的頻率、動態(tài)頻譜資源共享系統(tǒng)設(shè)計等方法，來解決零中頻接收機的直流偏移問題。