射频前端软硬体技术跃进 SDR系统更臻成熟

　　在传统的超外差（Superheterodyne）架构中，类比电路负责处理宽频前端，甚至有些包括窄频中频（IF）级（图1）。在类比与数位格式之间的转换动作离前端电路相当远，可能位于中频级或甚至位于基频级。此一主要的类比做法数10年来已经有效导入大量的消费性产品市场，并一路渗透至先进的雷达等射频应用上。

　　然而，系统设计人员面临现今复杂多变的频宽、格式、频率以及效能等射频设计需求时，这样的拓扑已不再适用。目前的无线电系统须支援位于跨广阔频谱的多重频段，并支援不同类型的调变（包括先导性QAM、多阶式、OFDM等的基本调幅（AM）和调频（FM））。如此一来，无线电系统将不再只是与无线电有关，而须以在复杂的电子设计、雷达干扰系统中，透过更为宽广的频宽进行多重讯号侦测、解码及实现对策。

　　

　　图1 传统超外差架构示意图

　　因应多频多模设计　无线电系统改搭SDR架构

　　在单一系统中整合所有射频功能需要多重、平行的频道，而每个频道采用一个特定频率、格式与调变方式，包括新的物料、元件，以及功率消耗的影响都导致传统射频设计不切实际。因此，设计人员便开始将固有类比射频世界，与处理器相容的数位世界之间的讯号转换，并移到更加靠近天线的位置，在用以接收讯号的低杂讯放大器（LNA）后马上处理，并放在用以传输讯号的功率放大器（PA）之前，如此一来，单一硬体讯号链可一用再用，进而取代传统做法。

　　目前较新的无线电系统设计，係采用一颗主控处理器，通常是现场可编程闸阵列（FPGA），以韧体进行讯号处理、解码与分析，如此便可最小化甚至省去本地振盪器、混频器和其他频率与特定频宽元件的需求。

　　藉由执行不同软体程式码区块与演算法，让捷变收发器（Agile Transceiver，或译为敏捷性收发器）得以处理众多的讯号、频率与格式。在有些应用中，这样弹性且多变的架构被称为软体定义无线电（SDR），直接数位或数位无线电，不论是针对无线电或是雷达，这种灵敏度不只是一种有吸引力的方法，在因应复杂且不断演进的系统与产品需求上，它是强制必要的。

　　ADC/DAC跃居SDR射频设计要角

　　捷变收发器的好处是明确且广为人知的，但是要将它们落实却相当困难。当然，工程师需要一个有足够记忆体支援，并具备快速且效能强大的处理单元（即FPGA），不过这点在大部分设计中并非敏捷性无线电的关键项目。

　　真正的挑战是在ADC与DAC转换器须满足各式各样的参数，以及极为严格的效能规格。由于SDR和捷变收发器可带来极高的资料率，因此在无线电系统中，也须具备一种对极高资料率有效且有效率的数位界面，并与FPGA设计相容。无庸置疑，新一代无线电系统内建的ADC和DAC转换器效能，将决定最终所能达成的讯号撷取与范围，以及许多其他系统功能规格（图2）。

　　

　　图2 转换器决定有多少资讯可通过类比域与数位域之间。

　　为开发一款合适的射频前端转换器，有一些已经广为人知的转换器参数，当然必须提升到新的水準。基本的传统参数诸如转换速度、解析度、积分与差动非线性（INL/DNL），以及撷取/稳定时间仍受重视。

　　但是现在，除前述参数以外，有一些较少为人知的参数在定义最大化潜在系统效能上，正扮演着相当大且复杂的角色，包括讯号杂讯比（SNR）、失真和总谐波失真 （THD）、取样抖动、时脉抖动、讯号对杂讯和失真（SINAD）、有效位元数（ENOB）、无寄生动态范围（SFDR）和杂讯频谱密度（NSD）等。设计工程师也须针对诸如处理增益这类讯号概念增进设计知识，并进一步了解在各种不同的参数之间的取捨与相关性。