圖1. 架構(gòu)比較，(a) 高中頻（集成TRx），(b) 雙變頻超外差架構(gòu)（帶GSPS ADC），(c) 單變頻超外差架構(gòu)（帶GSPS ADC），(d) 直接變頻（帶I/Q混頻器）。

在信號(hào)鏈的設(shè)計(jì)過程中，務(wù)必記住這些和其他技術(shù)規(guī)格，以確保設(shè)計(jì)出能滿足任何給定應(yīng)用需求的高性能系統(tǒng)，無論是寬帶多載波聚合集線器還是單個(gè)窄帶手持式衛(wèi)星通信終端。

通用架構(gòu)比較

確定高層技術(shù)規(guī)格以后即可決定采用哪種信號(hào)鏈架構(gòu)。前面列出過并且可能對(duì)架構(gòu)產(chǎn)生重大影響的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)規(guī)格是瞬時(shí)帶寬。該規(guī)格會(huì)影響接收器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和發(fā)射器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。為了實(shí)現(xiàn)高瞬時(shí)帶寬，必須以更高的速率對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器采樣，結(jié)果一般會(huì)推高整個(gè)信號(hào)鏈的功耗，但是，如果從單位功耗(W/GHz)來看，則會(huì)降低功耗。

對(duì)于帶寬不足100 Mhz的系統(tǒng)，許多情況下最好采用類似于圖1a的基礎(chǔ)架構(gòu)。該架構(gòu)將標(biāo)準(zhǔn)下變頻級(jí)與集成式直接變頻收發(fā)器芯片結(jié)合起來。集成的收發(fā)器可實(shí)現(xiàn)超高的集成度，從而大幅減小尺寸和功耗。

為了達(dá)到1.5 Ghz的帶寬，可以將經(jīng)典的雙變頻超外差架構(gòu)與最先進(jìn)的ADC技術(shù)結(jié)合起來；如圖1b所示。這是一種成熟的高性能架構(gòu)，集成的變頻級(jí)用于濾除無用的雜散信號(hào)。根據(jù)收到的頻段，用一個(gè)下變頻級(jí)將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成中頻(IF)，然后用另一個(gè)下變頻級(jí)將最終的中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成ADC可以數(shù)字化的低頻信號(hào)。最終中頻越低，ADC性能越高，但其代價(jià)是會(huì)增加濾波要求。一般地，受組件數(shù)量增加影響，該架構(gòu)是本文所提四個(gè)選項(xiàng)中尺寸最大、功耗最高的架構(gòu)。

與其類似的選項(xiàng)如圖1c所示，圖中是一個(gè)單次變頻級(jí)，用于將信號(hào)轉(zhuǎn)換成高中頻，再由GSPS ADC采樣。該架構(gòu)利用了ADC能數(shù)字化的更多射頻帶寬，幾乎不會(huì)導(dǎo)致性能下降。市場(chǎng)上最新的GSPS ADC可以對(duì)最高9 Ghz的射頻頻率直接采樣。在本選項(xiàng)中，中頻中心在4 Ghz和5 Ghz之間，可在信號(hào)鏈濾波要求與ADC要求之間達(dá)到最佳平衡。

最后一個(gè)選項(xiàng)如圖1d所示。該架構(gòu)的瞬時(shí)帶寬增幅甚至更大，但其代價(jià)是非常復(fù)雜，并且有可能導(dǎo)致性能下滑。這是一種直接變頻架構(gòu)，采用一個(gè)無源I/Q混頻器，后者可以在基帶上輸出兩個(gè)相互偏移90°的中頻。然后用一個(gè)雙通道GSPS ADC對(duì)各I和Q路進(jìn)行數(shù)字化。在這種情況下，可以獲得最高達(dá)3 Ghz的瞬時(shí)帶寬。該選項(xiàng)的主要挑戰(zhàn)是在信號(hào)通過混頻器、低通濾波器和ADC驅(qū)動(dòng)器傳播時(shí)，要在I和Q路徑之間維持正交平衡。根據(jù)具體的CNR要求，這種折衷可能是可以接受的。

以上從宏觀層面簡要介紹了這些接收器架構(gòu)的工作原理。列表并未窮盡所有情況，也可以把各種選項(xiàng)綜合起來使用。雖然比較未涉及發(fā)射信號(hào)鏈，但圖1中的每個(gè)選項(xiàng)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的發(fā)射信號(hào)鏈，其折衷情況也相似。

Ka頻段衛(wèi)星通信接收器示例

以上討論了各種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和不足，接下來，我們可以將這些知識(shí)運(yùn)用到真實(shí)的信號(hào)鏈?zhǔn)纠?dāng)中。目前，許多衛(wèi)星通信系統(tǒng)都運(yùn)行在Ka頻段，以減小天線尺寸、提高數(shù)據(jù)速率。在高吞吐量衛(wèi)星系統(tǒng)中，這一點(diǎn)尤其重要。以下是采用不同架構(gòu)的示例，我們將對(duì)其進(jìn)行更加詳細(xì)的比較。

對(duì)于要求100 Mhz以下瞬時(shí)帶寬的系統(tǒng)，如甚小孔徑終端(VSAT)，可以采用集成收發(fā)器芯片的高中頻架構(gòu)(AD9371)，如圖2所示。該設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)低噪聲指數(shù)，并且由于具有高集成度，所以其設(shè)計(jì)尺寸最小?，F(xiàn)將其性能總結(jié)于表1中。