未来发射器需求的驱动因素

对于架设无线基地台来说，成本效益往往是主要的驱动因素，其收发器架构更是如此。另一方面，弹性平台可因应各种无线传输接口与带宽的需求，并提升讯号带宽和载波密度的容量、以及智能型天线系统的效能。

需符合成本效益

成本因素是发射器（Tx）建置的首要考虑，其目的不只是单纯地降低组件成本，同时也要降低整体解决方案的成本，这包括主动式讯号链组件、被动式讯号链组件、滤波器与 本地振荡器（LO）生成合成器，以及电路板空间与更重要的电源功耗。

其中一个显著的例子是把外差式发射架构（如图一所示）()转换为直接升频转换架构（如图二所示），其中外差式发射架构分为两个中间频率（IF）阶段，直接升频转换架构亦称为零中频转换，其中的正交调变器会将同相及正交讯号直接调变为无线射频载波。

《图一 双重IF外差式发射器示意图》

《图二 直接升频转换发射器示意图》

扩充频率范围

由于新的无线传输接口标准不断问世，如今有许多不同的无线标准同时并行，如图三所示。其中的基本要求是能够支持传统频段之外的扩充频段，这将同时涵盖高频，包括UMTS LTE的BTS发射器所适用的2.62～ 2.69GHz频段、以及WiMAX适用的2.3～2.7GHz和3.3～3.8GHz频段；还有包括GSM与UMTS常用的450MHz低频频段两方面。

《图三 无线标准演变并行示意图》

弹性平台与频率灵活度

因此，为迅速响应市场需求，厂商透过开发弹性平台进一步强化市场差异性的竞争力。这类平台以共通设计为基础，可迅速调整以掌握短期的市场商机，进而能够让准备期和库存水平达到最佳状态。

扩充带宽需求

由于高带宽市场应用需求愈来愈大，铺设WCDMA网络的范围也越来越广，同时HSDPA与WiMAX等高容量数据服务也同时出现，20MHz以上的讯号带宽越来越普及。因此数字预失真（digital pre-distortion；DPD）算法提升功率放大器与整体系统效率的设计，也加重无线发射器的带宽需求。因为若要建置有效的 DPD算法，必须侦测出功率放大器非线性运作产生的第三及第五阶谐波，因此，先进收发器架构必须支持100MHz的扩充带宽，如图四所示。

《图四 标示第三及第五阶谐波的PA输出频谱示意图》

频道密度及智能型天线系统

在无线基地台标准配置中，一般可支持三个分别使用不同收发板的区段。由于收发器体积缩小以及为提升多重输入多重输出（MIMO）天线配置的系统效能，因此能在相同的实体空间中装入更多的收发器为佳，如图五所示。将芯片装入 QFN及BGA等微型化的封装组件、垂直整合多重频道组件以及水平整合单一讯号链多项功能等讯号路径整合设计，就成为不断追求的目标。

《图五 智能型天线发射器架构示意图》

先进架构可满足需求

为满足上述需求，零中频或称直接升频转换发射器架构是其解决之道，此架构所需组件数非常低，可精简体积，降低整体系统成本，耗电量也可大幅减少。此架构可应用于下列重要组件：

《图六 弹性直接升频转换发射器架构示意图》

设计这些个别组件的目的是提供最佳的整体解决方案，相较于大型外差式架构，其能够显著节省空间、耗电量与成本。

直接转换调变器

在直接转换架构中，调变器的输出频率范围会直接决定可支持的讯号频段。因此，宽广的无线射频频率范围便相当重要。调变器输出频率的运作范围可介于400MHz～4GHz之间，基本上涵盖所有重要的无线频率频段，包括 GSM450、GSM900、DCS1800/PCS1900、UMTS频段I～VII（介于BTS发射器适用的869MHz～2690MHz之间）以及介于2.3～2.7GHz之间与介于3.3～3.8GHz之间的WiMAX频段。

与DAC的免黏接（Glueless）被动式接口

为达到最低组件数的目标，并避免使用可能降低效能的缓冲放大器，I/Q调变器的共模输入电压范围，必须符合DAC的共模输出范围，简单的被动式网络便足以耦合装置。

宽带运作以及线性、载波与旁带抑制

以宽带讯号及跨越宽带讯号频段操作的系统，会要求重要效能参数以维持效能，例如载波与旁带抑制（如表一所示）以及整体运作频率范围的调变器线性 。

《表一 I/Q调变器载波与旁带抑制及输出功率》

具备整合式数字功能的弹性内插 DAC

为进一步延伸弹性概念，此架构中使用的数字模拟转换器（DAC）可采用已整合完整数字功能的双信道装置。这不仅能够简化系统设计，而且适合更精简的建置，包括升频取样的内插法滤波器。

使用内插法时从输入频率发出输出取样频率的频率加法器 PLL、可产生数字IF频率的数值控制震荡器（NCO）与数字混频器、从I及Q输入频道产生调变输出的数字正交调变器，以及可修正外部数字正交调变器I/Q不平衡状态的I及Q频道增益、相位与偏移等必要修正功能。图七中的示意图说明功能区块与其中的配置。

《图七 内插DAC功能示意图》

DAC输出至调变器IF的概念

选择DAC输出接口时，有三种可能的配置：

各个模式都有各自优点，其中的复合IF配置完全运用DAC的数字功能。由于调变器的LO频率已移出讯号频带，因此以复合IF模式运作DAC可大幅度改善LO抑制成效。此外，与模拟I/Q调变器搭配使用时，能够执行单一旁带升频转换，提升非必要旁带的抑制。在I及Q输入频道执行复合混频，会在两个DAC输出产生两个希伯特转换组，而当这些转换组进入调变器时，会显著抑制其中一个旁带（如图八显示上方旁带升频转换），因此能减少滤波及校正的需求，并且简化制造程序并降低相关成本。

《图八 DAC及调变器的单一旁带升频转换模式》

另外，此架构已整合同步处理多重发射DAC的功能，因此相当适用于全新的智能型天线或MIMO架构；这类架构不仅使用多重发射器进行波束成形（beamforming）以提升效能，而且需要密切维持各个发射链之间的相位关系。

可程序化整合式LO合成器

另一个直接影响频率灵活度的部分是LO合成器。这必须至少支持一个运作频段的完整频率范围，才能以较简便的方式转换为其他频段。整合式VCO/PLL合成器即可支持相关需求，同时显著减少所需的系统成本与电路板空间，并符合相位噪声及散讯（spurious signal）方面的严格要求。

《图九 整合式VCO/PLL示意图》

可调性

为减少合成器差异，并简化多种频率版本收发板的库存供应，合成器必须至少支持完整的运作频率频段，例如BTS发射所用介于2110～2170MHz之间的UMTS band I。

《表二 个别合成器装置的频率范围》

此外，换用频率范围不同但接脚兼容的其他装置，即可转换为其他频率频带。表二中6个可用的合成器完全涵盖介于1500～2404MHz之间的频率范围，搭配使用可用的/2及/4输出分配器模式后，即可延伸为375～2404MHz。

结语：展现效能

以上所述的创新建置方式明显能够大幅度节省系统成本、空间和耗电量，在许多可能的应用中，这里选择具代表性的3载波WCDMA讯号测试为例，也就是以122.8MHz的复合IF输出所运作的DAC输出至调变器的状况。

《图十 WCDMA 3载波测试案例的发射输出频谱和ACPR示意图》

这里可分别发现优于66dBc@5MHz偏移及优于68dBc@10MHz偏移的ACPR（亦即相邻频道功率比，为发射器效能的重要测量依据），因此即可断定能够将此一弹性高度整合式直接升频转换发射器架构的优点，与基地台基础设备建置所需的效能相互结合。

＜参考数据：

[1] 3GPP TS 25.101 version 7.3.0 Release 7

[2] New Breed of Low-Noise Integrated VCO/PLL RF-Synthesizers Suits Wireless Infrastructure, Matthias Feulner, Texas Instruments

[3] TRF3703 I/Q modulator data sheet http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/trf3703.html

[4] DAC5687 interpolating DAC data sheet http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/dac5687.html

[5] TRF3761 integrated VCO/PLL data sheet http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/trf3761-a.pdf

这里可分别发现优于66dBc@5MHz偏移及优于68dBc@10MHz偏移的ACPR（亦即相邻频道功率比，为发射器效能的重要测量依据），因此即可断定能够将此一弹性高度整合式直接升频转换发射器架构的优点，与基地台基础设备建置所需的效能相互结合。