中国电子科技集团第七研究所 陈 浩
近年来软件无线电技术发展取得了一些进展，但仍面临许多技术挑战，包括高速Ａ／Ｄ、ＤＳＰ数字处理、射频前端、天线技术等问题，可以说这些技术决定着软件无线电的发展和实现。多年来在这方面的努力也从未停止过，这些技术仍在不断的发展，同时也出现了一些新的发展趋势。
一、天线技术
理想的软件无线电系统的天线部分应该能覆盖全部无线通信频段，要能在很宽的工作频率范围内实现无障碍通信。目前采用的是多频段组合式天线，即在全频段甚至每个频段使用几付天线组合起来形成宽带天线。
宽带天线被视为是实现理想软件无线电系统的最佳天线方案，也被认为在目前技术条件水平下是不能实现的。近年来发展的ＲＦ ＲＭＥＭＳ微机电系统是一种高度小型化的器件，可作为小型开关取代天线中的高成本、大体积的ＰＩＮ二级管、超宽带场效应晶体管ＦＥＴ和真空继电器ＶＴＲ，是实现宽带可重构天线设计的一种具有突破性的技术。采用ＭＥＭＳ，可以电子的方式改变一方环形开槽天线的工作频率。在一方型的开槽天线上，当周长近似为一个波长时，在某个频率上可获取良好的性能，要针对新频段重构天线时，可通过交换不同的开槽天线单元的入口和出口。因此，在３—８ＧＨｚ范围进行频率变换成为可能。利用ＰＩＮ二极管开关实现的ＭＥＭＳ开关还具有低损耗、高隔离与体积小等优势。
另外目前出现的新的天线单元技术，能设计和生产用于ＳＤＲ的宽带ＷＢ和超宽带ＵＷＢ天线，这包括超宽带的“电阻”ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ天线和“曲线”天线ＭＬＡ。ＭＥＭＳ技术的应用将使ＷＢ和ＵＷＢ天线的体积和成本降低多个数量级。另外建模和仿真方法的进步可实现对这些新天线单元的精确仿真。
二、ＲＦ前端技术
目前ＲＦ元器件的水平还只能支持２０％左右的带宽，故在现有的软件无线电系统中采用的技术方案是使用一组ＲＦ模块覆盖整个频段。在支持多标准时还可能要求更换射频模块。随着宽频段合成技术、低噪声高性能半导体工艺技术的成熟，出现非常灵活的ＲＦ模块。高度小型化的多频段多模式ＭＢＭＭＲＦ芯片已于２００３年投入生产，超导ＲＦ技术有助于实现商用政府多频段多模式前端所需的性能。这两种技术在目前正成为ＳＤＲ主流技术，到２００５年开始通用。
ＲＦ ＭＥＭＳ技术是一种新的器件技术，具有低损耗、体积小等特点，可实现一种具有高集成度的高性能器件，它的应用将多频段多模式ＲＦ芯片的体积、重量、功耗以及成本降低一个数量级，并提高了该芯片的处理速度和处理能力，使数字信号处理器能够完成调制解调功能。另外ＭＥＭＳ器件的可移动特性可动态调整元件的参数值，从而大大提高了多个射频器件的性能和灵活性，这包括基于ＭＥＭＳ高Ｑ谐振器的低相位噪声电压控制振荡器、基于ＭＥＭＳ可变电容器和开关电容器网络的宽带变电器和相移器、基于ＭＥＭＳ可变电抗单元和开关的可调谐滤波器。可编程带通滤波器在发射机和接收机中至为关键，它能确保信道的有效利用和高灵敏度，同时又是ＲＦ模块组中价格最高灵活性最差的器件，软件无线电需要这些单元以电子方式构成或者叠加起来组成一个滤波器库。目前大多数软件无线电系统采用后一种方式，据悉，对基于高Ｑ ＭＥＭＳ的滤波器已进行了演示。另外也考虑采用超导技术。该技术可实现具有超速滚降特性的可调谐带通滤波器。目前利用超导溥膜工艺实现了中频为３．５、调谐范围为６２０ＭＨｚ的调谐滤波器。该工艺具有低损耗特点，可设计和实现具有低插入损耗和宽带能力的多级溥膜滤波器。
三、ＡＤ和ＤＡ变换技术
ＡＤ和ＤＡ变换器在软件无线电系统所处的位置是非常关键的，它直接反映了软件电台的软件化程度。对于理想的软件无线电而言，ＡＤ变换器的动态范围必须在１００—１２０ｄＢ或者１６－２０位，最大输入信号频率要在１ＧＨｚ和５ＧＨｚ之间。就目前的技术发展水平，很难实现这些技术要求。近两年来，随着现代深亚微米技术的应用，出现了多种ＡＤ变换器结构：∑△结构和管状结构。∑△结构ＡＤ变换器的优势在于能提供较大的动态范围和高线性度，但变换速度有限。要提高速度，关键一点是改进结构，如降低重复取样速率，减少多比特环路和高阶环路稳定度问题以及优化所需的放大器的带宽等。管状ＡＤ变换器能实现最高的变换速率，但分辨率只能限于１３—１４位。通过优化整个结构，包括采用先进的校准电路和纠错算法可实现更高的分辨率和变换速率，最终实现更大的动态范围。据有关研究显示，混合结构的变换器，如管状∑△结构或管状折叠插入式ＡＤ变换器是很有希望的概念，这种结构不仅能综合不同结构在分辨率和变换速率方面的优势，而且还具有纠错算法、降低功耗和适应不同环境的能力。首个分辨率超过４位、变换速率超过１Ｇｓａｍｐｌｅｓｓ的ＡＤ变换器已公布于众。尽管仍以牺牲功耗为代价，但向超高速ＡＤ变换器发展趋势是清晰可见的。
根据最新资料显示：将超导和光取样技术应用于ＡＤ变换器已成为未来的发展趋势。具有突破性的一项技术是“快速单通量”ＲＳＦＱ技术。该技术基于超导基本量子机械特性，说明了离散的量化形式中存在着磁通。在该技术中，单磁通量子脉冲代表二进制值。因为一个完整的单磁通量子代表一个脉冲，所以这种技术的性能受到输入信号最大转速率的严格限制。因此可以通过对处理速度与分辨率进行折衷的方法来达到最佳技术性能。在一个重复取样的基于超导ＡＤ变换器中，孔径抖动的影响会大减少，使超宽频段工作已切实可行。而且在这样的ＡＤ变换器中，其输入端的取样速率与输出端不同，其内部的可编程抽取器可根据比特数和带宽进行折衷来设置。
基于超导技术的ＡＤ变换器另一个重要特性是高灵敏度。驱动单磁通量子电路所需的最小功率是１ｍＷ，即比高速半导体ＡＤ变换器所需的１ ｍＷ小了三个数量级。这一特性加上高取样速率最终可使系统无需使用低噪声放大器ＬＮＡ，并可直接在天线端取样，由此可以得到更高的系统增益。尽管超导ＡＤ变换器与半导体ＡＤ变换器相比，在性能上还没有显著的优越性，但主要的技术精华还是非常有前途的。目前工作于１９．６Ｇｌｔｚ频段的超导ＡＤ变换器已有演示。
在光取样ＡＤ变换器中，取样与量化功能分别是在光域和电子域中完成的。光取样ＡＤ变换器的主要优点在于模式锁定激光源的定时抖动小。目前已报道，信噪比ＳＮＲ为５１ｄＢ的光取样ＡＤ变换器就相当于速率为５０５Ｍｓｓ，有效分辨率为８．２比特的传统半导体ＡＤ变换器。在不远的将来，通过进一步的改进，预计可以实现取样率达到数ＧＨｚ且具有１２比特分辨率的光取样ＡＤ变换器。另外，锁定在１０ＧＨｚ激光模式已实现了光时钟脉冲的产生，每３ｐｓ３皮秒宽脉冲的定时抖动为１６ｆｓ０．０１６％， 幅度抖动为０．０５８％。这些标准的抖动值可使光取样率在１０Ｇｓｓ时，精度达到１１比特。
下面对不同的ＡＤ变换器技术进行了比较：（其中，超导ＡＤ变换器分辨率位数和速率都不是固定的值，可以进行折衷，以达到所期望的性能。）
目前ＤＡ的发展水平是：高精度ＤＡ１６ｂｉｔｓ ５ＭＳＰＳ，高速度ＤＡ１４ｂｉｔｓ １ＧＳＰＳ，速度和精度兼顾ＤＡ １４ｂｉｔｓ ３００ＭＳＰＳ。ＤＡ技术可用变换器，还需要高速存储器，现在集成电路技术的发展已有１ｎｓ的砷化嫁ＲＡＭ商品，但将大量砷化嫁ＲＡＭ用到任意波形发生器上显然价格过高，而且也消耗大量功率，比较经济的做法是用多路转换的方案，允许波形存储在相对低速的ＣＯＭＳＲＡＭ。（未完待续）
----《通信世界报》
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