软件无线电中ADCDAC性能分析及应用.pdfVIP

软件无线电中 ADC/DAC 性能分析及应用 熊艳华 北京邮电大学电信工程学院，北京 (100876) E-mail：xiongyh83@ 摘 要：软件无线电是继模拟通信技术、数字通信技术之后的第三代无线通信技术，而模数 数模转换器是整个无线体系设计中的决定因素。本文在阐述模数数模转换器基本性能指标的 基础上，分析了它在数字接收机中的应用。 关键词：软件无线电，模数数模转换器，数字机收机，射频/ 中频 1. 引言 软件无线电 (SDR ：Software Defined Radio)指的是利用软件充分定义并且通过软件的变 化能够有效地改变其物理层行为的无线电系统。其基本思想是将宽带ADC/DAC 转换器尽可 能靠近射频天线，目的是尽可能早的将接收到的模拟信号转化为数字信号，在最大程度上通 过DSP 软件来实现通信系统的各种功能。 数据转换器影响软件无线电系统的功耗、工作频率、动态范围、带宽和总体成本，其性 能甚至影响接收机结构的设计[2] 。因此，正确的选择模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC) 是软件无线电系统设计中很重要的一步。 2. ADC/DAC 性能指标分析 ADC 的性能指标有很多，下面只对分辨率、量化电平、动态范围、有效位数、信噪比 及采样速率进行简要的概述。ADC 的这些性能指标直接影响软件无线电的实际应用，高速 的ADC 技术是软件无线电的基础。一个ADC/DAC 转换器可以用如下框图来描述[1] 。 图1 ADC 方框图 图2 DAC 方框图 2.1 分辨率与量化电平 分辨率一般用输出的二进制位数表示。一般应选择12 位以上分辨率的芯片。 如果用n 表示ADC 的输出位数，则ADC 能区分2n 个不同等级的输入电压，即能区分 n 输入电压的最小值为满量程的1/2 。例如，假设ADC 的输出n=8 ，输入信号最大值为5V， 则能区分的最小输入电压为19.53mV。可用下式表示量化电平，其中FSR 为输入满量程： - 1 - Q=FSR/2n (1) 在最大输入电压一定时，输出位数越多，量化单位越小，分辨率也就越高。 2.2 动态范围 软件无线电一般采用宽带前端实现，因此，ADC 的动态范围选择很重要。假设没有考 虑失真和噪声的影响，则理想ADC/DAC 的动态范围如下所示，其中N 为量化比特数： 动态范围=6.02×N+1.736dB (2) 合理的选择转换器的动态范围，使接收机既能接收强信号，又不丢失弱信号。例如，16 位分辨率的ADC ，如果满量程为 10V，则最低有效位为 150uV，即低于最低有效位的信号 将完全丢失。 2.3 信噪比 对于均匀量化，若只考虑量化噪声，则理论上的信噪比(SNR)可表示为： SNR=6.02N+1.76dB+10lg(fs/2B) (3) 式中，N 是ADC 的位数，fs 是采样频率，B 是模拟输入信号的带宽。从式中可知，增 加采样速率或ADC 的位数可提高信噪比。但在信噪比一定的情况下，增加B 会导致的fs 减 小。因此实际应用中，要合理解决B 与fs 的矛盾，一般有两种方法：一是采用多片ADC 并 行，二是降低中频频率[3] 。 2.4 有效位数 有效位数(ENOB)定义为：在理想ADC