无线收发机中的数字解调器技术问题分析上网时间:2005年09月19日打印版推荐给同仁发送查询与模拟解调器相比，数字解调方案能为无线数据系统提供更好的性能。本文将讨论数据通信中的数字解调器方案以及常见的技术问题，包括邻信号滤波、滤波器设计、ADC的动态范围划分、接收路径增益、直流偏移及其消除方法等。船舶自动识别系统(AIS)是一种数据信令系统，它采用自组织时分多址技术(SoTDMA)和高斯滤波最小频移键控(GMSK)/高斯频移键控(GFSK)调制，数据速率为9,600bps，通道带宽为12.5kHz或25kHz。诸如AIS等无线数据系统的接收器架构通常分为模拟和数字两类。本文中，这两者的区别在于FM解调是采用模拟方式还是数字方式。模拟解调器采用经典的限幅鉴频器结构。在这种解调方式中，接收到的信号首先被放大以消除RF传输路径引起的任何幅度变化，放大后的信号经过一段延时后，再和原信号进行混频，输出一个差分信号，此差分信号反映了输入信号频率或相位调制的情况。这便是差分解调方式，其电路则是广为人知的鉴频器。鉴频器输出的信号仍然是一组模拟数据流，但为了恢复数据，还必须确定位时序，并判定每个特定时刻对应的数据是“0”还是“1”。数据恢复通过“数据分割(data-slicing)”方法以及时钟恢复电路来实现，由于模拟鉴频器输出信号中的DC分量是变化的，所以数据恢复机制至关重要。模拟解调方法已经很成熟，但用这种方法解调数字调制的信息却存在两大问题：首先是需要消除模拟解调输出的直流偏移；其次，必须使用体积大且昂贵的模拟滤波器在限幅器之前完成所有接收器的滤波。数字解调器则在解调之前将模拟信号转换成为数字信号。这有两种常用实现方法：1.在较低的中频(IF)(例如455kHz)对信号进行采样；2.把射频信号直接混频到基带，但必须同时得到同相分量和正交分量(即I/Q分量)以保留信号中的所有信息。这两种方法(分别称为IF采样方法和I/Q方法)各有其优缺点：I/Q方法的主要缺点是必须消除由混频引起的直流偏移；IF采样方法虽然通过数字下变频技术消除了直流偏移，但它需要保护器件不受镜像频率的干扰，而这个问题在I/Q方法中是不存在的。因此，I/Q方法可能使用地更广泛些，后面将不再讨论IF采样方法。除了数字解调器可在数字信号处理芯片内得到实现之外，采用G(M)FSK技术的数字解调器结构与模拟解调器的结构是一样的(见图1)。邻通道滤波在数字与模拟接收器中实现邻通道滤波的方法，是模拟解调和数字解调这两种技术的主要差别。然而，在这两种接收器中，所有的通道滤波都必须在鉴频器之前完成。这点很重要，因为鉴频器对输入的有用信号和干扰信号是同等对待，并对它们进行解调，其结果是如果干扰信号过大，有用信号则无法恢复。在模拟接收器实现方案中，所有信道滤波都必须通过模拟滤波器来实现。实际应用则通常采用组合滤波方式，即在第一级IF处采用晶体滤波器，在第二级IF处采用陶瓷滤波器。这些滤波器不仅体积相对较大、价格昂贵，而且它们还需要进行仔细匹配以确保获得最优特性。此外，温度和老化也可使滤波器的特性发生变化，从而影响接收器的整体性能。从滤波器的响应特性可知，陶瓷滤波器和晶体滤波器都具有明显的群延时波动。这种群延时波动在模拟语音系统中不会产生任何问题，但在数字系统中，它会引起数字信号失真，从而使接收器的误码率上升。为说明这种影响，可分析在数据分割电路之前、滤波器之后的一个接收信号，该信号在示波器等测量仪器上显示为一个眼图。若接收器不采用陶瓷滤波器，则该信号眼图中的“眼睛”很干净，过零点也很一致。而在同一接收器采用陶瓷滤波器的眼图中，由于滤波器引起相位失真，导致“眼睛”变小，过零点也有明显抖动，这将使接收器的灵敏度下降4dB。采用数字滤波器可以避免模拟滤波器带来的群延时波动问题。例如，CML公司的AIS基带处理芯片(CMX910)内置了有限冲击回应(FIR)滤波器，该滤波器的群延时恒定，具有线性的相移特性。AIS接收到的数据经过这个滤波器后，灵敏度不会降低，且过零点也不会抖动。该FIR滤波器还能很好地抑制邻信道信图1：采用数字鉴频器的无线接收器架构。号，抑制比高达60dB，这意味着可不再需要IF陶瓷滤波器。然而，...
