在确保提供更大的数据存储容量和更高的系统重配置能力的同时，降低能耗、缩小电路板面积和节约成本是下一代通信系统要达到的几个主要目标。这些相互冲突的要求促使工程师们不得不对传统的系统架构进行重新评估以满足市场的需求，包括：
-增加接收通道的数目以满足增大数据容量和提高传输能力
-提高可编程性能和系统重配置能力，从而减少重新设计的开支，同时降低电路定制的复杂度
-降低能耗以提高系统的可靠性，采取区域性和全球性的环保措施，并降低操作成本
-减少电路板面积和方案的物料表单
新型宽带软件无线电（SDR）方案的诞生，将有效地推进这些市场的发展。此外，近期在模数转换器（ADC）技术（12位，3.6 GSPS）方面取得的进展也在一定程度上促进了宽带软件无线电系统的发展——该系统具有在高频输入的情况下同时进行多通道处理的能力。这种全新的模数转换器可使系统能够在保持高分辨率的前提下，对整个输入频带直接数字化处理，因此不再需要设置多条接收通道或者使用昂贵的模拟滤波器。取而代之的是，所有通道的滤波操作都可在数字域中实现，不但获得了更好的性能，同时还大幅降低了能耗、占用面积和成本（参见图1和图2）。将信号的处理操作转移到数字域还能够简化编程的过程，动态地重配置系统参数，真正实现了可编程（或称软件定义）系统。
图1：传统的硬件型无线电解决方案
图2：新型宽频软件型无线电解决方案
尽管在系统架构上这种根本性的转变能够带来显著的高性能和良好的成本效益，但是它却需要改变模数转换的评价方法。传统模数转换器定义了无杂散动态范围（SFDR）、有效位数（ENOB）、信噪比（SNR）等性能指标，这些性能指标用于衡量在全奈奎斯特频带中单音正弦波的性能。但对于那些不使用全奈奎斯特频带并且也不仅仅局限于接收单音正弦波的系统而言，这些性能指标并不适用。要深入洞察宽带软件无线电中模数转换器系统级的性能，必须重新建立一套与之不同的度量指标。
因此，如果我们是在讨论软件无线电，那么请不要跟我提及诸如SNR、SFDR、ENOB这样的性能指标。我们可以讨论一下真正相关的性能指标：基底噪声，互调失真（IMD）和噪声功率比（NPR）。
通信系统性能和传统模数转换器规格
灵敏度（又称系统的动态范围）是所有系统中一个非常重要的性能指标。通常情况下，灵敏度是在输入端处于两种极端情况下测量的（见图3）：在无干扰信号的理想情况下所能接收到的最小强度信号，以及在周围干扰信号强度最强的情况下所能接收到的最小强度信号。这两种极端情况通常称之为非阻塞状态和阻塞状态。
图3：用于测量系统动态范围的输入信号状态
如图3a所示，在非阻塞状态下的灵敏度一般受限于有效带宽中的噪声强度。
而从图3b中可以看出，在阻塞状态下的灵敏度受限于信道的失真幅度，因为相邻信道的失真已经波及到了有效带宽。
无论在阻塞还是非阻塞状态下，系统的性能都必须得到保证。因此，系统的灵敏度同时受限于信道的噪声强度以及失真程度。作为大多数信道的主要组成部分，特别是对于宽带软件无线电来说，模数转换器在决定整个系统的噪声强度和失真程度方面具有举足轻重的作用。
在传统的无线系统中，模数转换器的噪声强度和失真程度可以用SNR、SFDR和ENOB来表示。SNR定义为单个单音输入的功率与整个奈奎斯特频带功率的总功率的比值（不包括输入信号的任何谐波）。SFDR的定义类似，是该单音输入的功率与整个奈奎斯特频带的第二大杂散分量的比值。最后，ENOB同样也是使用单音输入衡量，定义为该单音信号的功率与整个奈奎斯特频带的总功率之比。值得注意的是，ENOB有效地将SNR和SFDR融合成一个性能指标。
传统模数转换器性能指标的局限性
作为测量标准，信噪比（SNR）、无杂散动态范围（SFDR）和有效位数（ENOB）考虑了模数转换器在对单音正弦波输入进行响应时的整个奈奎斯特频带。然而，实际应用中大多数信号并不是单音正弦波，而且大部分系统中数字化信号的带宽几乎从来都不会等同于奈奎斯特带宽。许多应用被设计用于处理带宽远远小于整个输入带宽的非正弦波信号，它们包括：
-有线电视（信道为6/8 MHz，输入带宽为1.1 GHz）
-卫星电视（通常信道为36 MHz，输入带宽为500 MHz）
-多载波/多标准基站（信道只有200 kHz，带宽为20 MHz）
-示波器（输入带宽等于或小于10%的奈奎斯特带宽）
-天气雷达（数据接收带宽等于或小于10%的奈奎斯特带宽）
为了说明应用于此类实际系统和信号的传统模数转换器在性能指标方面的局限性，在此考虑一个具有57 MHz、63 MHz、75 MHz 和81 MHz共四个信道的有线电视 频谱（见图4）。因为有线电视频谱的范围可以上升到1.1 GHz，所以模数转换器的采样率必须至少有2.2 GSPS。假设我们需要接收69 MHz的信道，对系统性能最好的评价指标是：在系统噪声和邻近信道存在的情况下，该频率下可以接收到的最小信道能量。
图4：包含57、63、75和81 MHz信道的有线电视频谱示例
如果我们使用传统的模数转换器性能指标来考查软件无线电的噪声性能，我们需要使用信噪比（SNR），它整合了从0 MHz到1.1 GHz的噪声。然而，在这个应用中，我们并不在意0 MHz到1.1 GHz的噪声，我们只在意整个奈奎斯特频带中的6 MHz，所以我们只需要整合这个带宽中的噪声。同样，我们应当注意该信道的二次和三次谐波并没有落在54 MHz和84 MHz之间。因此，二次和三次谐波失真（它一般会限制无杂散动态范围）将不会对69 MHz的任何信号产生影响。考虑到模数转换器的信噪比和无杂散动态范围对于软件无线电的性能不能提供有用的信息，模数转换器的有效位数（组合了信噪比和无杂散动态范围指标）对于此系统而言也是一个无用的指标。
传统模数转换器性能指标的局限性还体现在多载波的GSM基站上。在典型的多载波GSM系统中，20 MHz带宽下最多可接收四个200 kHz的GSM信道（见图5）。如果我们假设采样率为160 MSPS，传统的信噪比指标大概能整合80 MHz带宽的噪声。然而，在这个应用中，我们只关心200 kHz GSM信道中的噪声，而不是80 MHz的奈奎斯特带宽。而且如果我们假定该系统中20 MHz频带的中心位置为30 MHz，无杂散动态范围的局限性甚至比有线电视这个例子中还要苛刻。在这个系统中，20 MHz带宽中任意信号的二次和三次谐波都不会落在此频带中，因此无杂散动态范围（它受限于二次和三次谐波）就不会在20 MHz接收带宽中对系统的性能造成影响。信噪比和无杂散动态范围是不相关的，所以有效位数对软件无线电性能的评测也毫无价值可言。
图5：多载波GSM频谱示例 - 20 MHz接收频带以30 MHz为中心，采样率为160 MSPS。
这些例子表明了传统模数转换器性能指标的局限性。当关注的信号带宽小于奈奎斯特带宽时（尤其是在有宽频拦截器同时接收多个此类信道时）信噪比、无杂散动态范围和有效位数都不再是有用的指标。此外，这些传统的模数转换器性能指标只注重单音输入，而不是大多数实际应用中的较大带宽信号。
对于软件无线电系统中用于接收实际信号的模数转换器，需要其他指标来更加准确地反映其能力。
关于软件无线电的模数转换器性能指标
幸运的是，我们不需要创造新的性能指标来描述软件无线电系统的性能。大多数模数转换器的数据手册都已采用了两个较好的性能指标：
•基底噪声
•互调失真（IMD）
第三个性能指标，即噪声功率比（NPR），也很适合用来评估软件无线电系统的性能。
模数转换器的基底噪声反映了模数转换器输入的噪声密度（见图6），一般以dBc/Hz、dBm/Hz等为单位。例如，美国国家半导体最新推出的ADC12D1600芯片的基底噪声是-149.6 dBm/Hz。如果ADC12D1600用来接收原先的多载波GSM样本，在一个200 kHz通道上的总噪声就是-96.6 dBm；假设输入一个+2 dBm的全频段信号，对于一个GSM载波来说，模数转换器的动态范围是98.6 dB，远大于规定的最小值85 dB。
基底噪声也可用来比较最大采样率不同的模数转换器，使其成为用来比较不同模数转换器性能的优良指标。例如，许多大于100 MSPS的16位模数转换器的基底噪声是-150 dBm/Hz，所以-149.6 dBM/Hz的12位模数转换器ADC12D1600的噪声性能与高性能的16位模数转换器相当。
图6：定义模数转换器的基底噪声
模数转换器的互调失真反映了在至少混合两个输入音产生失真输出时所产生的毛刺（见图7）。互调失真能通过单音的正弦波信号或者使用带限信号进行测量。根据电缆调谐器的样本（图4：包含57、63、75和81 MHz信道的有线电视频谱示例），我们注意到57 MHz和63 MHz的通道，也与75 MHz及81 MHz的通道一样，会在69 MHz处产生三阶互调失真（IMD3）。
美国国家半导体最近推出的ADC12D1600的双音三阶互调失真在1.2 GHz中心频率处为-56 dBc. 假设带限的互调失真能从双音性能指标中预测，而且两个三阶互调失真输出以均方根的方式相加，在69 MHz处的互调功率将会是相邻通道以下53 dB。因此，当保持载噪比（CNR）为30 dB时，ADC12D1600能接收到69 MHz的 通道，这比相邻通道小了23 dB。
图7：定义模数转换器的三阶互调失真
最后，噪声功率比（NPR）是用来测量有效频带内模数转换器的噪声和失真的性能指标。这个测量通过对模数转换器输入一个带有阻断频率的宽带信号来完成（参见图8）。噪声功率比，是阻断频带（图8：定义模数转换器的噪声功率比中的PN）内的功率与相邻等宽频带（图8：定义模数转换器的噪声功率比中的PA）内的功率之比。美国国家半导体的ADC12D1600在模数转换器输入500 MHz宽的信号时，提供了52 dB的噪声功率比。在电缆调谐器样本中，当保持30 dB的载噪比时，能接收比相邻通道低22 dB的69 MHz通道。
图8：定义模数转换器的噪声功率比
不要满足于信噪比和无杂散动态范围
基底噪声、互调失真和噪声功率比等带内性能指标与信噪比、无杂散动态范围及有效位数是密切相关的。其中，基底噪声与信噪比的关系最紧密，互调与无杂散动态范围关联最密切，而噪声功率比是对带内噪声和失真的综合测量指标，有效位数则是对信噪比和无杂散动态范围的综合测量指标。然而，这两套性能指标的最大差异在于，基底噪声、互调失真和噪声功率比都反映了模数转换器的带内性能，而信噪比、无杂散动态范围和有效位数反映的是模数转换器对于单音正弦波信号的奈奎斯特频带性能。这些新的性能指标更偏向具体应用，因此在评估各种不同应用和不同市场的软件无线电用模数转换器时，能提供有意义的信息。
随着更多的应用开始采用宽带的软件无线电来提高系统性能和灵活性，对超宽带模数转换器的性能要求将持续增长。但如果您正在构建一个软件无线电系统，需要懂得如何选择一个模数转换器，记住要用正确的性能指标：需要什么样的带内噪声密度，能容忍什么样的带内毛刺和失真？