数字无线电系统
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数字无线电系统(Digital Radio System)
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什么是数字无线电系统[1]
数字无线电系统是指通过微波系统传送数字信息的一种系统。
数字无线电系统的结构[2]
数字无线电与模拟无线电的区别在信道结构上表现为正交双通道结构，在基带信号处理上表现为复解析信号的数字处理。根据模数(A／D)转换在数字无线电系统中所处位置的不同，数字无线电有零中频数字基带、超外差式数字基带和超外差式数字中频等三种常见结构。
1．零中频数字基带接收机
零中频数字基带接收机的结构如图1所示。
在图1中，射频信号首先经带通滤波器(BPF)选频、低噪声放大器(LNA)放大后，分两路进行正交混频。正交混频所需的正交本振为自由振荡器，其本振频率与射频频率基本相同，混频器输出的中频频率约等于零，所以称这种结构为零中频(Zero—IF)接收机。混频器输出的两路信号经低通滤波(LPF)、放大后进行A／D转换，得到数字基带I、Q信号，经数字信号处理，即可得到所需的调制信息。
零中频数字基带接收机采用正交混频技术将射频直接转换到零中频，不存在一般超外差接收机中的镜频干扰问题；其信道的选择在低频上进行，只需采用低通滤波器，后续的A／D转换环节的采样率要求低，相应的基带数字信号处理的处理量也小。因此零中频数字基带接收机的结构简单、体积小、功耗低，广泛应用于无线寻呼机等随身携带的个人通信装置。
零中频数字基带接收机在实现时存在直流漂移、低频噪声和本振泄漏等问题。直流漂移和低频噪声会降低接收机的性能，本振泄漏则会干扰相邻的同频段接收设备。因此在实际工程中还需要采用相应的手段加以解决。
2．超外差式数字基带收发机
零中频数字基带接收机在工程中的一些固有的缺点使其不适用于收／发双工的结构。在收／发双工的数字无线电系统中，一般采用超外差式数字基带收／发结构，如图2所示。
在图2中，输入接收机的射频信号先经双工器(T／R)、低噪声放大(LNA)、下混频后得到固定的中频，然后再经正交混频、滤波、放大、A／D转换后得到数字基带I、Q信号，经数字信号处理后得到调制信息。需发射的基带信号先正交分解为数字I、Q信号，经D／A转换后得到模拟I、Q信号，模拟I、Q信号经正交调制、上混频、带通滤波(BPF)、功率放大(PA)后，经双工器(T／R)到天线发射。
超外差式数字基带收发机既有超外差接收机灵敏度高、选择性好的优点，也具有零中频接收机采样率低、数字信号处理量小的优点，被广泛应用于移动通信个人终端设备(手机)中，IC厂商也开发出许多配套的专用集成电路，如MAIXM公司的MAX2450等。
3．超外差式数字中频接收机
图1所示的零中频数字基带接收机和图2所示的超外差式数字基带收／发机中正交分解所需的正交本振都是采用模拟电路实现的，其正交通道的幅度一致性和正交相位差很难保证。为此，一种采用数字手段进行正交分解的接收机技术——数字中频接收机技术发展起来。超外差式数字中频接收机的系统结构如图3所示。
超外差式数字中频接收机采用超外差技术获得固定中频的中频信号，在中频上进行A／D转换得到数字中频信号。数字中频信号经数字正交分解后得到数字基带信号，再进行数字信号处理，以获得调制信息。由于数字正交调制与解调过程是一个单一频谱位置变化过程，因此数字正交调制器与解调器常常被称为数字上变频器(Digital Up Converter，DUC)和数字下变频器(Digital Down Converter，DDC)。
超外差数字中频接收机利用超外差技术获得高的灵敏度和选择性，利用数字正交变频技术获得高的正交通道一致性，因此具有比其他接收机更好的性能，已被用于3G移动通信基站和数字化雷达的研究中。但是数字中频接收机所需的A／D转换的采样率较高，数字正交分解的处理量大，需要采用高速数字技术来完成。随着高速数字集成电路技术的发展，数字中频接收机技术也得到快速发展，成为数字无线电中的核心技术，得到越来越广泛的应用。
数字无线电系统的特点[2]
数字无线电系统由于采用了数字化的信道技术，利用超大规模集成(VLSI)电路的成果，系统易于集成化、小型化，相比于模拟系统，其体积更小、功耗更低，特别适用于个人无线数字手持终端。数字无线电系统采用正交双通道结构获得基带I、Q信号，采用数字信号处理技术进行基带处理，因此系统具有一定的可编程性，功能灵活、易于扩展。
