基于软件无线电的数字中频信号处理平台的设计.doc

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1、.基于软件无线电的数字中频信号处理平台的设计一设计的背景和需求软件无线电是近十几年来提出来的一种实现无线通信的新概念和新体制。它的核心是:将宽带A/D和D/A变换器尽可能地靠近射频或者是中频,把硬件作为无线通信的基本平台,并且尽可能多地采用软件来完成一些在传统意义上由射频及中频模拟电路完成的功能,如系统的工作频段、调制方式由软件来定义,增加了系统的灵活性。应用了软件无线电技术的系统成本低,升级换代方便,只需改写软件,不需做硬件的重新设计,系统就可重复性得到改善,还可通过相应软件设计就可以在同一硬件平台上完成多种标准、多种业务。特别对于当前3G

2、多种标准不统一的情况，软件无线电技术有很高的优越性。限于目前的器件水平，要实现真正意义上的软件无线电平台，即在射频前端就开始采样和数字处理还无法做到，目前通常从中频开始应用软件无线电技术的相关设计思想。TD-SCDMA直放站需要对基带信号进行处理，初期需要进行同步设计，后期需要进行广播信道解调。出于研发及技术积累的需要，要求设计一套硬件平台，采用软件无线电的设计思想，完成对TD信号的解调设计。同时为了满足其他3G标准和新产品的研制需求，要求该平台硬件上不需作大的改动，仅以软件算法上的变动来完成新设计的总体验证。二方案的论证本文先从接收机角度讨

3、论通用信号处理平台，先分析目前的接收机设计模式，然后给出平台的总体设计方案。1软件无线电的体系结构按照采样方式可以把软件无线电分为三种结构形式：（1）射频低通采样软件无线电结构如图1所示图1超宽带和超高速的ADC与DAC实现模拟和数字信号之间的转换，超高速DSP实现对信息的全部处理。此软件无线电的结构最为简单，模拟电路的数量减少到最低程度。但是，限于目前的器件水平，很难达到，只是一种理想结构。（2）射频带通采样软件无线电结构如图2所示..图2其前端接收并不是全宽带的，而是先经过电调滤波选取所需的信号，再经过放大后，进行带通采样，由高速DSP进

4、行处理。同样该结构对器件的要求很高，而且对电调滤波器的要求较高，采样频率较多，系统复杂。（1）中频带通采样软件无线电结构如图3所示图3此结构需要在射频和中频信号之间进行转换，这一部分由模拟电路实现。在中频进行带通采样完成数字化，DSP实现调制解调。由于中频的存在，降低了对器件的要求，目前是主要的软件无线电信号处理结构。2中频接收机的体系结构确定了软件无线电的体系结构采用中频接收后，现讨论中频接收机的种类。（1）超外差中频接收机..图4如图4所示，天线接收的信号通过预滤波器，LNA后首先由镜像滤波器滤除镜像信号，采用超外差方式将射频信号下变频为

5、中频信号，然后在中频通过信道选择滤波器及可变增益放大器对邻道干扰进行抑制，其输出经过正交变换转换为基带信号，最后由ADC采样到DSP解调处理。其缺点在于由于需要对混叠和镜像的抑制，需要很好的滤波器，其成本高，功耗大，难以集成，所以这种结构很少采用。（2）零中频接收机图5如图5所示，射频信号直接变换为基带信号，即选取零频作为中频，称为零中频接收机。零中频接收机采用正交变换将射频信号下变频为基带信号，然后对基带信号放大，采用低通滤波器滤波进行邻道抑制选择所需信号，最后由DSP完成解调等功能。与超外差接收机相比，零中频接收机有明显的优点。首先，由于

6、取消了中频变换部分，简化了接收机结构，其次信道划分在基带由LPF完成，降低了信道选择滤波器的设计难度，同时由于采用正交变换，所以不需要镜像滤波器，有利于提高集成度，降低功耗。但是零中频接收机也有明显缺点。由于直流偏置的存在，基带信号发生畸变，而且正交变换中IQ两路不可能完全一致，本振不可能完全正交，所以易出现镜像干扰，对本振泄漏和隔离度做得不好将对接收机整体性能产生严重影响。在目前ADI公司和MAXSIM公司均有完全的芯片解决方案。如ADI的AD8346，AD8347，MAXSIM的MAX19700，MAX2507，MAX2392。（3）低中

7、频接收机..图6如图6所示，低中频接收机通过正交变换得到中频信号，由多相滤波器滤除射频镜像信号，在中频进行采样数字化。低中频接收机由于中频的存在避免了零中频接收机中直流偏置和本振泄漏对性能的影响。由于中频相对较低，中频放大器和滤波器易于集成，以目前的器件水平，在中频直接进行采样数字化和数据处理是可以做到的。3数字中频处理的几种常用方案（1）高速ADC与数字下变频DDC或高速ADC与数字上变频DUC的组合方案特点分析：此种方案采用分离的ASIC芯片组成。优点是芯片可选型号多，开发周期短。缺点是对于下变频设计而言，前端ADC性能受限制。对于12b

8、it的ADC，采样率超过50M的受到管制，这样直接限制了性能指标，速度，SNR，失真，动态范围无法完全满足3G开发的需要，并且芯片及外围器件多，对PCB布线密度及尺