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

在信號鏈的設計過程中，務必記住這些和其他技術規(guī)格，以確保設計出能滿足任何給定應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窄帶手持式衛(wèi)星通信終端。

通用架構比較

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

對于帶寬不足100 Mhz的系統(tǒng)，許多情況下最好采用類似于圖1a的基礎架構。該架構將標準下變頻級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)器可實現(xiàn)超高的集成度，從而大幅減小尺寸和功耗。

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

與其類似的選項如圖1c所示，圖中是一個單次變頻級，用于將信號轉(zhuǎn)換成高中頻，再由GSPS ADC采樣。該架構利用了ADC能數(shù)字化的更多射頻帶寬，幾乎不會導致性能下降。市場上最新的GSPS ADC可以對最高9 Ghz的射頻頻率直接采樣。在本選項中，中頻中心在4 Ghz和5 Ghz之間，可在信號鏈濾波要求與ADC要求之間達到最佳平衡。

最后一個選項如圖1d所示。該架構的瞬時帶寬增幅甚至更大，但其代價是非常復雜，并且有可能導致性能下滑。這是一種直接變頻架構，采用一個無源I/Q混頻器，后者可以在基帶上輸出兩個相互偏移90°的中頻。然后用一個雙通道GSPS ADC對各I和Q路進行數(shù)字化。在這種情況下，可以獲得最高達3 Ghz的瞬時帶寬。該選項的主要挑戰(zhàn)是在信號通過混頻器、低通濾波器和ADC驅(qū)動器傳播時，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的工作原理。列表并未窮盡所有情況，也可以把各種選項綜合起來使用。雖然比較未涉及發(fā)射信號鏈，但圖1中的每個選項都有一個對應的發(fā)射信號鏈，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的優(yōu)點和不足，接下來，我們可以將這些知識運用到真實的信號鏈示例當中。目前，許多衛(wèi)星通信系統(tǒng)都運行在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，這一點尤其重要。以下是采用不同架構的示例，我們將對其進行更加詳細的比較。

對于要求100 Mhz以下瞬時帶寬的系統(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(AD9371)，如圖2所示。該設計可以實現(xiàn)低噪聲指數(shù)，并且由于具有高集成度，所以其設計尺寸最小?，F(xiàn)將其性能總結(jié)于表1中。