零中频解调器与非零中频解调器的比较

零中频解调器与非中频解调器的比较1

零中频解调器与非零中频解调器的比较

张乃通*

摘要本文概述了零中频解调器与非零中频解调器的比较，阐述了零中频解调器的优点、需要解决的问题以及设想。

关键词零中频非零中频解调器接收机

随着数字无线电技术的发展，大规模集成的要求越来越高。接收机的集成碰到了高频滤波器的问题，所以提出了零中频的接收机方案。下面对零中频接收机与超外差式接收机作一比较，归纳了零中频接收机的优点和需要解决的问题。

1 非零中频解调器所遇到的问题

非零中频接收机又称超外差式接收机（Heterodyne Receiver），一般要几次下变频的中频（如图1，只变换了一次下变频的原理），在中频完成解调。在这种接收机的设计中存在以下几个主要问题：

图1 非零中频解调的基本原理

1.1镜像频率的抑制

* 哈尔滨工业大学航天学院原院长、工程院院士

零中频解调器与非中频解调器的比较

2下变频过程中会产生有关位于fc-2fi 的镜像频率，在混频之前必须把它抑制掉。这要 采用高频滤波器实现。只有当中频很高，镜像与载波相隔很远时才能实现。但这时，却不 能把临频道干扰有效地抑制掉。即临频道干扰的抑制和镜频抑制互为矛盾。即使镜频与载 波相隔很近（例如：fc/fi=10），对高频滤波器的要求也很高，一般要有很高的Q 值（接近

50），而且阶数也很高（6阶才可以达到60－70dB 的镜频抑制度）。

1.2镜频的抑制

镜频的抑制可以用I/Q 正交结构实现，但是要求I/Q 幅度一致，相位正交，例如5％的幅度不平衡和3度的相位不正交时，镜频抑制度约在26dB，要达到60dB 的镜频抑制度，相

位不正交性要小于0.3度，一般集成电路很难实现。

1.3集成度低

混频器之后的临频道干扰抑制滤波器也要很高的Q 值和阶数，这样的镜频抑制和临频道抑制滤波器难以集成。一般要用分离元件构成。造成体积大，费用较高。 1.4阻抗匹配困难

由于镜频滤波器难以集成，低噪声放大器后面要跟一个50Ω的负载，这又要在噪声与线性度之间进行权衡。

2 零中频解调的优点

零中频（Zero-IF）解调又称为直接下变频（Direct-Conversion）解调，（如图2所示），方法是将信号从载波直接变频到基带。这时中频为零，镜频和信号自身重叠在一起，此时要采用I/Q 正交结构来抑制镜频。

图2 零中频解调的基本原理

零中频解调的主要优点是：

·临频道抑制不须要高Q 的滤波器，低通滤波器可以用模拟集成电路实现；

零中频解调器与非中频解调器的比较3·低噪声放大器后不须要50Ω的负载；

·I/Q支路可以直接A/D，用DSP实现解调器；

·硬件消耗少，集成度高。

3 须要解决的问题

零中频方案仍有一些问题须要解决，因而应用还不是很成熟。

3.1 提高集成度

零中频虽然可以用DSP实现来提高集成度，但是性能比用分离元件的方案要差。

3.2 采用新结构

镜频抑制度对I/Q支路的精度还很敏感。一般只能达到40dB的镜频抑制度。另外对于MPSK调制信号的幅度不平衡和相位不正交对误码率影响也较大，克服I/Q不正交可以采用一些新的结构，例如正交下变频。

3.3消除支流偏置

直流偏置（DC Offset）。由于射频和本振之间的漏载导致混频器之后产生支流偏置。这种现象称为泄漏偏置，泄漏偏置严重可使后面的器件饱和，降低了接收机的灵敏度。支流偏置现象是限制零中频解调应用的主要问题。必须采用一些措施来消除支流偏置。例如交流耦合，（即用一个高通滤波器），隔直消除等，但是都不是很有效。

3.4 避免偶阶互调

偶阶互调（Even-Order Distortion）。一般接收机容易受到奇阶交调的影响，而对于零中频解调器偶阶互调也很突出。由于低噪声放大器的非线性，两个干扰频率的差拍信号为低频信号，会对信号产生干扰。另外由于信号在发射端，信道和滤波器处会产生一定的调制现象，寄生调幅通过非线性的二阶互调也为低频信号，会对所要的信号造成干扰。除了低噪声放大器混频器也会产生类似的现象，二阶互调一般使用微分低噪声放大器和混频器结构来避免。

3.5降低散弹噪声

散弹噪声。一般低噪放和混频器有30dB的增益，放大后的信号一般为几毫伏。后面电路的噪声很严重。尤其是信号已经在零频附近，1/f噪声仍很严重。

I/Q本振频率到天线的隔离度比多级变频的情况要差，杂散辐射要严重。会对射频波段的其它接收造成影响。

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零中频解调器与非中频解调器的比较

4零中频解调的几点考虑

·零中频解调是现在研究比较多的一种方案，主要的原因是由于上面提的零中频解调的优点。但是由于这种方案本身固有的问题，限制了这种方案的使用，因而要应用这种方案主要考虑如何克服上面提到的缺点。

·零中频解调一般对于恒包络调制方式（如FSK，GMSK）比较有效，但是对非线性调制方式（如QPSK，/4-DQPSK）还须要特殊考虑，例如在克服直流偏压问题时，一般对FSK有效的交流耦合不能应用于QPSK方式。

·通过计算机仿真权衡各部分部件的参数对接收机性能的影响，从而确定接收机的结构和部件的参数。

·新的接收方案的考虑。近年来出现了低中频（Low-IF）接收机的概念。主要设想是将中频解调的优点与零中频解调的优点加以结合。如果零中频解调达不到设计要求，可以考虑低中频方案。

参考文献

[1]Behzad-------,“Design Considerations for Direct-Conversion Receivers”，IEEE Trans. Circuits and System---Analog and Digital Signal Processing，VOL.44, NO.6 June 1997

[2]Da Yon----,“Zero IF Topology ”,Electronics Letter,NO.12.8th June2000

[3]Hiros------,etc.,“Distortion Characteristics of an Even Harmonic Type Diod Conversion Receiver for CDMA Satellite Communications”, IEICE Trans.Electron,VOL.E82-C NO.5 MAY 1999

编后：

此文系哈尔滨工业大学航天学院原院长、工程院院士张乃通教授为协助我们工作于2000年12月编写的，我们认为对零中频的问题此文作了高度的概括，为此推荐给大家。

当时零中频的问题刚刚提出不久，各种怀疑很多。实践证明零中频有许多优点，在一定条件下可以使用。文中提出的问题都已经解决，同时还解决了出现的其他问题。

经作者同意，在此发表时作了一些增删。

周立祺（研究员 上海科学仪器厂原副厂长）