6. SDR架构
6.4 数字上下转换
大多数SDR架构需要数字上转换和下转换阶段，这些转换位于A/D和数字基带级之间，包括信号的频率转换和采样率的变化。
6.4.1 数字下变频器（DDC）
DDC是接收机的一部分，是继ADC之后的第一个处理阶段。DDC的架构如图6.16所示。DDC首先通过与数控振荡器(NCO)的输出混合，将输入的调制信号从载波频率移到基带。NCO通常在FPGA/ PL中实现，输出值要么来自存储在查找表(LUT)中的预先计算的样本字典，要么通过使用坐标旋转数字计算机(CORDIC)处理器动态计算输出。
在信号解调到基带之前和之后，频谱的其余部分可能包含跨越其他频段的能量。一般将不需要的分量建模为噪声，如图6.18所示。请注意，接收到的信号在ADC后立即为实信号，解调后为复信号。
因此，我们认为每个正交分量和正交分量都由一个单独的抽取链处理，该抽取链由具有实值系数的滤波器组成。如果在降采样之前没有去除噪声，那么它将混叠到包含感兴趣信号的频带中。因此需要进行低通滤波。滤波器必须保持信号带宽，同时衰减噪声，并避免混叠，通常需要一个尖锐的过渡带。图6.19给出了示例场景的过滤器设计，在这个“等纹波”设计中，通带纹波为0.1dB，阻带衰减为60dB，通带和阻带边缘分别设置为100 MHz和150 MHz。
鉴于所设计的滤波器具有的权重W为255，假设采用多相实现方法，滤波器以250 MHz的输出速率进行算术处理，则单级十进制设计的计算率可表示为：
另一种方法是将16的整体比率划分为更小的抽取阶段，这种方法可以用于任何所需的比率，除了素数。图6.20列出了当前16个示例的可行分区。将过滤任务划分为更小的阶段有两个主要优点。首先，使用较小的抽取比，可以利用半带滤波器的特性，降低计算速率，其次，每个滤波器的设计可以放松。
以三级抽取器为例，第一、第二和第三级的抽取率分别为2、2和4，如图6.21所示。图6.22列出了每个阶段的指标。在所有情况下，采用“等纹波”方法设计滤波器，通带纹波设置为0.1dB，阻带衰减为60dB。因此，级联抽取器设计的总计算率为各级的和，即：
因此，多级方法比单级十进制方法的计算成本要低得多。RFSoC中的强化DDC使用类似的多级方法。
6.4.2 数字上变频器（DUC）
数字上转换器(DUC)是发射机的一部分，执行与DDC类似但镜像的一组操作。图8.23给出了典型DUC架构的框图。
6.5 前端模拟信号调节和天线
无线电波从天线通过空气传播到接收器。从天线发出的信号将有一个电功率值，称为EIRP(有效各向同性辐射功率)。这可以计算如下：
6.5.1 信号调节
SDR的输出功率可能会非常低，在5mW/7dBm的范围内。因此，几乎可以肯定的是，为了增加功率并允许信号传输超过几米，将需要外部射频功率放大器（PA）。射频放大器将放大一个很宽的频带，通常比SDR的带宽还宽。反过来，需要模拟RF带通滤波器，以确保PA不会在其他频率上传输不必要的能量。
大多数SDR都有单独的Tx和Rx天线连接器。通常在无线电系统中，Tx和Rx被组合成一个天线端口TRx，然后连接到天线上。这可以使用射频双工器来实现。双工器是通过单一射频路径和天线元件实现双向通信的组件。这在FDD无线电中尤其重要，它同时操作Tx和Rx路径。
6.5.2 天线 天线是一种被动的物体，它辐射和接收使无线通信成为可能的电磁波。辐射方向图和性能取决于天线的尺寸、形状和频段优化。所选择的天线类型因使用的射频频带和使用情况而异。天线有标称的天线增益。这种增益完全是无源的，因为天线中没有实际的放大器。它的测量单位是dBi，即相对于各向同性天线的分贝。 主要使用的天线有三种，如图6.24所示。
1. 全向天线：一种周围360度均匀辐射的天线。这些通常是圆柱形的，安装在桅杆或建筑物的顶部。
2. 扇形天线：这种类型的天线是定向的。它们通常比全向天线性能更好，因为它们只向一个方向辐射。
3. 碟形天线:碟形天线是弯曲的抛物面物体，用于点对点传输。它们用于微波回程无线电和低轨道卫星系统。
文章来源：威视锐科技
