主頁（http://www.www.jjxinkai.com）：RF轉(zhuǎn)換器：一種支持寬帶無線電的技術(shù)

能夠直接合成無線電頻率范圍內(nèi)信號的轉(zhuǎn)換器（RF轉(zhuǎn)換器）已經(jīng)成熟，常規(guī)無線電設(shè)計將因此發(fā)生變革。由于能夠數(shù)字化并合成高達2 GHz到3 GHz的瞬時信號帶寬，RF轉(zhuǎn)換器現(xiàn)在可以兌現(xiàn)提供真正寬帶無線電的承諾，無線電設(shè)計人員得以大幅減少創(chuàng)建無線電所需的硬件數(shù)量，并支持通過軟件實現(xiàn)更高水平的再配置能力，這對于常規(guī)無線電設(shè)計來說完全沒有可能。本文探討了RF轉(zhuǎn)換器技術(shù)的進步使得這種新型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和寬帶無線電成為可能，并討論了軟件配置能力帶來的可能性。

簡介

每位無線電設(shè)計人員都要面對這樣一個設(shè)計約束，即需要權(quán)衡信號帶寬的質(zhì)量與無線電的功耗。無線電設(shè)計人員如何滿足這一約束決定了無線電的尺寸和重量，并從根本上影響無線電的位置，包括建筑物、塔樓、電線桿、地下車輛、包裹、口袋、耳朵或眼鏡。每個無線電位置都有一個與其位置相稱的可用功率量。例如，建筑物或塔樓上的可用功率很可能高于口袋中的智能手機或耳內(nèi)的藍牙耳機提供的功率。所有情況下都存在一個基本事實：無線電需要的功率越小，并且單位功率所能支持的吞吐量越大，則無線電尺寸越小，重量越輕。這個事實影響巨大，多年來一直是通信電子行業(yè)中很多創(chuàng)新背后的推動力。

半導(dǎo)體公司將更多的功能和更高的性能集成到相同或更小尺寸的器件中，使用此類器件的設(shè)備得以實現(xiàn)更小、更多功能或更輕（某些情況下這三者都能得到實現(xiàn)）的承諾。設(shè)備越小、越輕、功能越多則越好，這樣就可以把設(shè)備放置在以前由于其他約束而不能放的位置。例如，原先需要建筑物，現(xiàn)在由于占地面積減小，設(shè)備可以放在塔樓上；原先放在塔樓上的無線電單元，如果重量足夠輕，就可以縮小成放在電線柱上的單元；原先因為較重而需要車輛攜帶的單元，現(xiàn)在可以放在一個背包中。

當今的環(huán)境充斥著各種需要放在建筑物、塔樓、柱子和車輛上的傳統(tǒng)裝置。由于需要將世界各地的人員彼此聯(lián)系起來，工程師們利用當時可用的器件設(shè)計設(shè)備以應(yīng)對挑戰(zhàn)，這才有了我們今天通信無處不在的環(huán)境。我們可以隨時隨地通過多種不同網(wǎng)絡(luò)（包括移動網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)、特設(shè)短距離無線網(wǎng)絡(luò)等）進行通話、發(fā)消息、即時通訊、傳照片、下載、上傳和瀏覽。所有這些都連接到寬帶有線網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)由RF電纜傳輸，最終通過光纖傳輸。

圖1.RF轉(zhuǎn)換器支持寬帶無線電提供視頻流和游戲等需要大量數(shù)據(jù)的服務(wù)。

增強視頻體驗

多項研究表明1,2，對數(shù)據(jù)的需求預(yù)計會在未來十年持續(xù)增長。其驅(qū)動力是人們對數(shù)據(jù)更豐富的內(nèi)容的似乎無止境的需求，因而需要更寬的帶寬。例如，有線電視和光纖到戶運營商通過提供更高速度的連接和更多高清電視頻道，不斷在家庭寬帶服務(wù)方面展開競爭。超高清（UHD或4k清晰度）電視需要的容量是高清電視的兩倍以上，通道帶寬需求超過當今使用的帶寬。

此外，包括虛擬現(xiàn)實(VR)在內(nèi)的沉浸式視頻，以及具有多維自由度的游戲和3D效果（180°或全景視覺等），全部使用4k超高清電視，每用戶需要高達1 Gb的帶寬2，這遠遠超出了簡單的4k UHD電視廣播和流媒體已然很苛刻的要求。在線游戲需要網(wǎng)絡(luò)提供對稱的數(shù)據(jù)帶寬，因為延遲時間至關(guān)重要，這推動了更寬帶寬上行傳輸能力的發(fā)展。這種對更寬上行能力的需求反過來又促使設(shè)備制造商升級其設(shè)計，以實現(xiàn)對稱的寬帶寬傳輸。

當今RF轉(zhuǎn)換器的增強功能對于推動傳輸如此豐富視頻內(nèi)容的進步至關(guān)重要。RF轉(zhuǎn)換器必須能夠創(chuàng)建具有出色無雜散性能的高動態(tài)范圍信號，從而支持使用256-QAM、1024-QAM和4k-QAM等更高階的調(diào)制方案。已安裝的同軸電纜設(shè)備和分配放大器具有1.2 GHz至1.7 GHz的有限帶寬，為了提高每個通道的頻譜效率，必須使用上述更高階的調(diào)制方法。前端傳輸設(shè)備的更高性能可延長已安裝設(shè)備群的使用壽命，緩解資本預(yù)算限制，以及支持向多家服務(wù)運營商(MSO)提供更長時間窗口來升級其設(shè)備和傳輸系統(tǒng)。

多頻段、多模式測試

隨著集成的功能越來越多，如今的智能手機與傳統(tǒng)手機已相去甚遠。許多功能都有與之相關(guān)聯(lián)的無線電，因此，當前的移動設(shè)備中可能有五到七個甚至更多的無線電。生產(chǎn)智能手機時，每種無線電都必須進行測試，這給多模式通信測試儀制造商帶來了新的挑戰(zhàn)。盡管測試量隨著無線電數(shù)量的增加而增加，但仍需要快速測試以降低測試成本。考慮到測試儀的尺寸和成本，為移動設(shè)備中的每個無線電構(gòu)建不同的無線電硬件變得不切實際。隨著更多的頻段開放或被提議用于移動服務(wù)3，測試移動設(shè)備中越來越多的無線電的挑戰(zhàn)難度在加大。

RF轉(zhuǎn)換器可以很好地應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。在發(fā)射器和接收器中，RF轉(zhuǎn)換器均能提供常規(guī)無線電無法實現(xiàn)的靈活性。寬帶RF轉(zhuǎn)換器可以同時捕捉并直接合成每個頻段中的信號，從而支持同時測試移動設(shè)備中的多個無線電。利用RF DAC和RF ADC內(nèi)置的通道選擇器，多個無線電信號可以在轉(zhuǎn)換器中得到高效處理。例如，圖2中顯示每個RF DAC有3個通道選擇器，可以直接合成三個不同的信號和頻段并加以合并，然后利用數(shù)字控制振蕩器(NCO)進行數(shù)字上變頻，再由RF DAC轉(zhuǎn)換為RF信號。