能夠直接合成無線電頻率范圍內(nèi)信號(hào)的轉(zhuǎn)換器（RF轉(zhuǎn)換器）已經(jīng)成熟，常規(guī)無線電設(shè)計(jì)將因此發(fā)生變革。由于能夠數(shù)字化并合成高達(dá)2 GHz到3 GHz的瞬時(shí)信號(hào)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(jì)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(shí)現(xiàn)更高水平的再配置能力，這對(duì)于常規(guī)無線電設(shè)計(jì)來說完全沒有可能。本文探討了RF轉(zhuǎn)換器技術(shù)的進(jìn)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(jiǎn)介

　　每位無線電設(shè)計(jì)人員都要面對(duì)這樣一個(gè)設(shè)計(jì)約束，即需要權(quán)衡信號(hào)帶寬的質(zhì)量與無線電的功耗。無線電設(shè)計(jì)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(gè)無線電位置都有一個(gè)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(jī)或耳內(nèi)的藍(lán)牙耳機(jī)提供的功率。所有情況下都存在一個(gè)基本事實(shí)：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(gè)事實(shí)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(dòng)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(shí)現(xiàn)更小、更多功能或更輕（某些情況下這三者都能得到實(shí)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?yàn)檩^重而需要車輛攜帶的單元，現(xiàn)在可以放在一個(gè)背包中。

　　當(dāng)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(dāng)時(shí)可用的器件設(shè)計(jì)設(shè)備以應(yīng)對(duì)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(shí)隨地通過多種不同網(wǎng)絡(luò)（包括移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)、特設(shè)短距離無線網(wǎng)絡(luò)等）進(jìn)行通話、發(fā)消息、即時(shí)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(qiáng)視頻體驗(yàn)

　　多項(xiàng)研究表明1,2，對(duì)數(shù)據(jù)的需求預(yù)計(jì)會(huì)在未來十年持續(xù)增長(zhǎng)。其驅(qū)動(dòng)力是人們對(duì)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(yùn)營(yíng)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(jìng)爭(zhēng)。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(dāng)今使用的帶寬。

　　此外，包括虛擬現(xiàn)實(shí)(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(dá)1 Gb的帶寬2，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡(jiǎn)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(duì)稱的數(shù)據(jù)帶寬，因?yàn)檠舆t時(shí)間至關(guān)重要，這推動(dòng)了更寬帶寬上行傳輸能力的發(fā)展。這種對(duì)更寬上行能力的需求反過來又促使設(shè)備制造商升級(jí)其設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)稱的寬帶寬傳輸。

　　當(dāng)今RF轉(zhuǎn)換器的增強(qiáng)功能對(duì)于推動(dòng)傳輸如此豐富視頻內(nèi)容的進(jìn)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(dòng)態(tài)范圍信號(hào)，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(gè)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(zhǎng)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(yùn)營(yíng)商(MSO)提供更長(zhǎng)時(shí)間窗口來升級(jí)其設(shè)備和傳輸系統(tǒng)。

　　多頻段、多模式測(cè)試

　　隨著集成的功能越來越多，如今的智能手機(jī)與傳統(tǒng)手機(jī)已相去甚遠(yuǎn)。許多功能都有與之相關(guān)聯(lián)的無線電，因此，當(dāng)前的移動(dòng)設(shè)備中可能有五到七個(gè)甚至更多的無線電。生產(chǎn)智能手機(jī)時(shí)，每種無線電都必須進(jìn)行測(cè)試，這給多模式通信測(cè)試儀制造商帶來了新的挑戰(zhàn)。盡管測(cè)試量隨著無線電數(shù)量的增加而增加，但仍需要快速測(cè)試以降低測(cè)試成本?？紤]到測(cè)試儀的尺寸和成本，為移動(dòng)設(shè)備中的每個(gè)無線電構(gòu)建不同的無線電硬件變得不切實(shí)際。隨著更多的頻段開放或被提議用于移動(dòng)服務(wù)3，測(cè)試移動(dòng)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(duì)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(shí)現(xiàn)的靈活性。寬帶RF轉(zhuǎn)換器可以同時(shí)捕捉并直接合成每個(gè)頻段中的信號(hào)，從而支持同時(shí)測(cè)試移動(dòng)設(shè)備中的多個(gè)無線電。利用RF DAC和RF ADC內(nèi)置的通道選擇器，多個(gè)無線電信號(hào)可以在轉(zhuǎn)換器中得到高效處理。例如，圖2中顯示每個(gè)RF DAC有3個(gè)通道選擇器，可以直接合成三個(gè)不同的信號(hào)和頻段并加以合并，然后利用數(shù)字控制振蕩器(NCO)進(jìn)行數(shù)字上變頻，再由RF DAC轉(zhuǎn)換為RF信號(hào)。