射频系统性能的关键影响因素

（1）

现在芯片越来越集成，一个小小的芯片集成一个或者很多个射频系统，已经不是什么稀罕事。

在芯片的架构中，通常会用零中频或者低中频架构，因为这些架构简单，而且不需要像超外差接收机一样，使用片外滤波器。

如下图所示。

不过射频上是简单了，但是其实需要数字部分做很多的校准工作。

那么都是哪些实际器件中的不理想性，会对系统的性能产生影响呢？

(2)

首先，是热噪声和闪烁噪声。

所有的实际器件，都会有电子的随机运动，而这些运动会产生随机噪声，即热噪声。

比如说，一个无源的电阻R，在温度T K下，就会产生噪声电压：

如果这个电阻的负载的大小，与该电阻大小相等，那么输入到负载的噪声功率，则是我们经常看到的KTB，如下图所示。如果不考虑系统带宽，温度为T为290K，那Pn就是我们熟知的-174dBm/Hz。

还有，有源器件中的闪烁噪声(flicker noise)，又称为1/f noise。

因为闪烁噪声位于直流(DC)附近，所以对零中频架构的影响很大，对低中频架构的影响次之。

(3)

接着，是LO相位噪声。

理想振荡器的输出，在频域可以用δ函数来表示，但是实际的相位噪声，往往会有裙摆，如下图所示。

收发机中LO的相噪的影响，如下图所示，蓝框表示有用信号的带宽。

一方面来源于本振相噪带与信号相乘，会带来带内噪声的增加；另一方面，来源于干扰信号与本振的相噪混频，会造成带内噪声的增加(即倒易混频)。

(4)

再者，是采样抖动。

ADC和DAC是收发机种模拟和数字的边界。

在模拟和数字进行转换的时候，需要用到采样时钟。

采样时钟，本质上也是一个振荡信号。如前面所示，实际的振荡信号会有相噪，等效于时域的抖动。

因为这个时域的抖动，会造成采样的误差，从而产生噪声。

(5)

其次，是载波频率偏移(CFO，carrier Frequency offset)和采样频率偏移(SFO)。

在通信系统中，载波频率一般是由锁相环产生的。

但是因为TX和RX的载波频率会有一点点的不同，所以，接收机变频后的频率会有残余频率误差，称为CFO，即载波频率偏移。如下图所示。

同样的，ADC和DAC的采样频率也会有差别，称之为采样频率偏移，即SFO，同样也会影响系统性能。

(6)

接着，是DAC和ADC的量化噪声和截断。

ADC和DAC在进行模数转换的时候，会产生量化噪声，从而产生有限的SNR。

所以在设计接收机的时候，通常ADC的前级需要有足够的增益，保证ADC本身的噪声电平与其输入的热噪声电平（由前面级电路产生）相比，要足够小，可以忽略不计。

而ADC的截断效应，会限制信号的PAPR（Peak to Average Power Ratio,峰均比），从而恶化信号的SNR。

(7)

还有，正交不平衡。

在进行上变频或者下变频的时候，使用的是正交混频器。实际的正交混频器，I路和Q路，会有增益失配和相位失配，从而影响信号的SNR或者产生带外噪声。

(8）

还有，器件的非线性。

接收机的非线性，主要是对大信号干扰负责。即我们经常说到的互调抗扰性。

参考文献：

[1]Lydi Smaini,RF Analog Impairments Modeling for Communication Systems Simulation_ Application to OFDM-Based Transceivers

审核编辑：黄飞