决定未来发送器需求的因素

总体来说，成本下降是推动新型无线基站发展的主要因素，尤其有助于发送器架构的发展。不过，我们同时希望部署灵活的平台，不仅能够方便地适应于多种空中接口与频带，而且还可满足对更高容量（更高信号带宽与载波密度）及更高性能（智能天线系统）的需求，这将对技术的进一步发展产生巨大作用。

降低成本

成本是影响发送器 (Tx)实施的首要因素，我们的目标不仅是要尽可能降低纯组件成本，更是要降低整体解决方案的成本，其中包括有源信号链组件、无源组件、滤波器，特别还包括生成 LO 的合成器，此外还涉及板级空间占用及重要性不断提高的功耗等因素。要想有效地降低成本，我们就应全面考虑所有因素。我们不妨举一个例子来说明这一问题：过去我们采用业经验证的、带两个中频 (IF) 段的外差 Tx 架构（见图 1），而现在则采用直接上变频技术，也称作零 IF 转换技术，由正交调制器将相内和正交相信号元素在RF 载波上直接进行调制(见图2)。

图1 双IF外差发送器结构图（略）

图2 直接上变频发送器结构图（略）

扩大频率范围

随着空中接口新标准的不断出现，以及新频带推出周期的不断缩短，现在我们面临着多种不同的无线标准共存的局面（见图 3）。因此，我们必须在支持传统频带的同时还要支持各种新的频带，向更高和更低的频率发展，（就高的方面说， UMTS 长期演进标准，就 BTS Tx 而言，其频带为 2.62 - 2.69 MHz，WiMAX 标准的频带为 2.3-2.7 GHz 及 3.3-3.8 GHz。就低的方面说，450 MHz 频带现在很受 GSM 与 UMTS 的欢迎）。

图3 无线标准的发展与共存（略）

灵活的平台和频率

在目前市场竞争中，我们必须快速满足市场需求，这是确保一马当先的重要因素。系统制造商力争通过统一的基本设计来开发灵活的平台，便于抓住短期机遇，而不必保留大量库存，从而确保快速响应，缩短产品推出时间，并降低库存量。

带宽需求不断增长

越来越多的用户服务需求是带动带宽需求上升的主要因素。WCDMA 网络目前正从初期覆盖部署向海量部署方向发展，HSDPA 与 WiMAX 等海量数据服务也不断推出。在此情况下，高达 20 MHz 乃至更高的信号带宽正变得日趋普遍。同时，我们希望通过高级数字预失真 (DPD) 技术不断改善功率放大器，进而提高整体系统效率，这也对无线发送器提出了更高的带宽要求，其原因就在于，为了执行高效的 DPD 算法，我们必须检测到功率放大器非线性工作所生成的第三阶和第五阶谐波(见图 4)。与此相对应，高级发送器架构也应支持高达 100 MHz 的所谓扩展带宽。

图4 第三阶与第五阶谐波PA输出频普（略）

通道密度与智能天线系统

就标准配置而言，无线基站通常支持三个区域，每个不同的区域都由一个独立的收发器卡支持。由于多路输入/多路输出(MIMO) 天线配置(见图5)不仅有助于减少产品尺寸，而且还有望进一步提高系统性能，因此我们能在同一板级空间上集成更多收发器。这样，组件级小型化技术(即芯片采用QFN和BGA等更小型化的封装)与信号通道集成技术(在单个组件中实现纵向集成，即多通道组件集成，以及横向集成，即单根信号链上多种功能的集成)都得以发展，同时还能积极探索更小型化架构的使用。

图5 智能天线发送器架构（略）

高级架构有助于满足市场相关要求

如何满足上述要求呢？我们下面将给出答案。即采用零IF直接上变频发送器。这种技术不仅能够尽可能减少所需组件数量，减小产品尺寸，降低整体系统成本，而且还可大幅降低功耗。上变频发送器包括以下关键组件：

带数字性能的双内插 (DAC5687)
宽带 I/Q 正交调制器 (TRF3703)
集成 VCO/PLL RF 合成器 (TRF3761)
?采样时钟合成器 (CDCM7005)

每个组件都经过专门设计，以提供最佳的整体解决方案。因此，与超外差架构相比，该新型架构不仅能够显著缩减板级空间，而且还可大幅降低功耗与成本。我们以后还要讨论到有关组件及其主要特性，并将在一些关键应用中展示整体解决方案的性能。

直接转换调制器

在直接转换架构中，调制器的输出频率范围直接决定着可支持的信号频带。因此，我们 应 提供非常宽泛的 RF 频率范围，这一点至关重要。TR F3703 的工作频率范围为400 MHz~4GHz，基 本涵盖了所有重要的无线频带，其中包括GS M450、GSM900、D CS1800/PCS1900、UMTS 频带I-VII(就BTSTx而言，其频带为 869 MHz~2690 MHz) 以及 WiMAX 频带(2.32.7 GHz 及 3.3~3.8 GHz)等。

图6 灵活的直接上变频转换发送器的实施（略）

◆ DAC 的无缝无源接口： 为尽可能减少组件数量，并避免使用可能导致性能下降的缓冲放大器，I/Q 调制器的共模输入电压范围应与 DAC 的共模输出范围相匹配。我们可在 DAC5687 和 TRF3703 的接口间实现了这一目的，因此简单的无源网络就足以实现两个设备间的耦合。

◆ 宽带操作和线性、载波与边带抑制： 如果系统既能工作在宽带信号上，又涵盖较大的信号频带范围，那么就需要一些重要的性能参数持续保持出色状态，如载波与边带抑制（图 7 显示了 TRF3703 的两种情况）以及整个工作频率范围内的调制器线性（即三阶输出截取点 OIP3）特性。

图7 TRF3703 I/O调制器载波以边带抑制与输出功率（略）

灵活的带数字特性的内插DAC

为了进一步体现灵活性的概念，本架构所采用的数模转换器(DAC)是一款双通道器件，其集成了整套数字特性，以简化系统设计，减小器件的尺寸，并包括升压采样所需的内插滤波器以及时钟乘法器 PLL，采用内插技术时能从输入时钟得到输出采样时钟，此外还包括能生成数字IF频率的数控振荡器(NCO)和数字混频器、从I和Q输入通道生成调制输出的数字正交调制器以及增益、相和偏置所需的校正特性，使I 和Q 通道能校正外部模拟正交调制器的I/Q不平衡。图8给出的结构图描绘了功能块及其布局情况。我们下面将介绍主要功能概念。

图8 DAC5687内插DAC的功能结构图（略）

DAC到调制器的IF概念：选择DAC输出接口时，我们有三种可能的配置方法：

1)基带DAC输出到外部模拟I/Q调制器；
2)实际的IF输出，创建带集成NCO和混频器的数字IF；
3)复杂IF输出到外部模拟I/Q调制器 。

每种模式都有其独特的优势，我们将详细探讨高级 IF 型配置，因为这种配置充分发挥了DAC 的数字特性。如果 DAC 采用高级 IF 的工作模式，这将大幅改善 LO 抑制，因为调制器的LO频率将从信号带移除。此外，与模拟I/Q调制器相配合使用，我们只需进行单一的边带上变频就可改善边带抑制。我们对I和Q输入通道进行复杂混合，会在 DAC 输出端生成两对希尔波特变换对。如果将其提供给调制器的话，那么边带之一就可得到大幅抑制(图9显示了上边带上频转化的情况)，从而减小对滤波和校准的要求(特别对模拟I/Q调制器来说更是如此)，并简化了制造工艺，进而节约了成本。

此外，我们还集成了同步多个发射 DAC 的功能，我们认为，这对新式智能天线或 MIMO 架构（需用多个发送器来形成波束，以此来提高性能，并在不同的Tx链间密切保持相位的关系）来说特别有用。

图9 DAC调制器的单边带上变频转换模式（略）

可编程的集成式LO合成器

另一种直接影响频率灵活性的构造块就是 LO 合成器，它至少应在一个工作频带内支持全频范围，而且应尽可能减少频带切换的难度。这里介绍的集成式 VCO/PLL 合成器方法能满足上述要求，同时还能大幅节约系统成本，减少板上面积占用，而且还能满足减少相噪声和错误信号等方面的严格要求。

图10 TRF3761集成式VCO/PLL结构图（略）

可调谐性

为了减少合成器的差异，并简化存储收发器板不同频率版本所造成的相关支持问题，合成器必须至少支持其整个工作频带，举例来说，BTS Tx 就应支持UMTS频带I的范围（从 2110~ 2170 MHz）。

此外，我们可转而采用频率范围不同但引脚相兼容的另一器件，从而方便地在频带间转换。总共有六种合成器（见图 11），频率范围从 1500 MHz至 2404 MHz，此外再配合 /2和 /4的输出分频器模式，频率范围就能进一步扩展到 375 MHz~2404 MHz。

图11 不同TRF3761合成器器件的频率范围（略）


性能演示

实践证明，上述创新型解决方案不仅能大幅节约系统成本，降低功耗，而且还可显著缩减板极空间，不过我们还要进行相关演示，以说明它确实具有卓越的性能。其应用非常广泛，我们选择了 WCDMA 3 载波信号作为代表来进行测试，DAC 采用高级 IF 输出模式工作，频率为 122.8 MHz，输出到调制器。

我们观察到，ACPR（相邻通道功率比，这是衡量发送器性能的关键因素）在 5 MHz 偏置时优于 66 dBc，在 10 MHz 偏置时则优于 68 dBc。因此我们可以得出结论：将这种高度集成的直接上变频发送器架构的灵活性优势与高性能相结合，可满足基站基础设施实施方案的需求（见图12）。

图12 WCDMA3载波信号测试案例中的Tx输出频谱（调制器后）和ACPR（略）