一种全双工射频收发系统的设计与实现.pdf

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1、学术探讨·刀．咎与逆君一种全双工射频收发系统的设计与实现谢作全康超王宇(上海航天电子技术研究所，上海201100)[摘要]随着通信技术的进步，射频无线通信的技术取得了迅猛发展，无线通信技术也日趋成熟和稳定，射频收发系统的通用化和小型化成为一个重要的发展方向。本文对基于软件无线电技术的射频收发原理进行介绍。并对几种常用的方案进行了分析，对比了各方案集成化、小型化的优缺点，最后使用ADI生产的一款集成式宽带捷变收发器，构建硬件平台，实现一种简易的全双工多通道的射频收发系统。[关键词]射频通信；全双工；软件无线电；FPGA中图分类号：TN838；TN851文献标识码：A文章编号：1008．6609

2、但017)06．0031．031概述近年来，随着射频无线通信技术的不断发展，射频无线通信已经广泛地应用于我们日常的生活中，如个人无线通信、无线基站、卫星通信、全球卫星定位系统等。而软件无线电技术(SDR)作为新型的射频无线通信体系结构，减少了模拟环节，把数字处理尽量地靠近天线，利用相同的硬件平台，只需要通过软件的更新，就可以实现不同码速率，不同调制方式，不同编码方式。但由于软件无线电技术成本相对较高，目前更多地应用于军工等少数高端领域。目前ADI公司推出了AD936x系列射频捷变频收发器，集成式的I江收发器AD936x包括混频器、频率合成器、模拟滤波、数据转换器和其他功能。AD936x的推出

3、使基于软件无线电技术的无线通信系统的实现更加简易，本文将利用AD9361+FPGA的硬件框架，构建一个小型化的全双工射频收发系统。2工作原理软件无线电的中心思想是构建一个通用化、模块化、标准化及可重构的硬件平台，将数模＼模数转换器(ADc，DAc)尽可能地靠近天线，采用相同的射频模拟前端，只通过修改软件的方法，来实现不同的通信系统。基于软件无线电技术的射频无线通信框架已经比较成熟，一般采用射频收发前端和数字中频／基带处理模块实现。从功能角度上看，整个系统可以分为收发链路两部分，接收链路包括低噪放、接收本振、下变频、AGC、ADc及数字接收机；发射链路包括数字基带、本振、上变频、放大器几部分。

4、如图1所示：图1射频无线通信系统框图射频通信系统之间最大区别之一在于射频收发前端和数字中频／基带处理模块的接口信号频率不同，根据频率范围的不同，可划分为三种：零中频、普通中频和高中频方案。下面就各种方案逐一进行分析：2．1零中频方案以接收链路为例，零中频方案如图2所示。天线之后的接收信号经低噪放放大之后，与正交的两路本振信号进行相乘产生两路正交的基带信号，本振信号可以等于载波频率或仅与载波频率相差一个很小的频差(如1瑚}王z以内)。经过后续AGc及滤波之后，由两片AD芯片对IQ两路信号进行模数转换，并送至后续的数字模块进行处理。作者简介：谢作全(1986一)，男，浙江温州人，硕士研究生，工程

5、师，研究方向为遥测通信系统。．31．学术探讨·刀，咎与通信z—T—T—I—T刻堡竺苎h—叫竺H鎏鍪H竺卜I路：网b数字模块图2零中频方案2．2普通中频方案普通中频方案如图3所示。本振和接收的信号间有一定的频率差，比较常用的有70Ⅻz，从而混频后的数据带有一定的中频载波信号。信号经过后续的处理及模数转换后，在数字模块中利用数字IQ分离。图3普通中频方案2．3高中频方案高中频的方案可以参考普通中频的方案，区别在于本振和接收的信号间频率差较高，比较常用的有180Ⅻz或者更高中频。2．4方案比较以上三种方案各具优缺点，如表1所示：表1三种方案优缺点比较零中频普通中频高中频系统复杂度较高较低低系统灵活

6、性高较低滤波器程度较低很高较高AD速率低较高高一实现难易度较低I曷高从系统复杂程度来讲，由于高中频方案可以收发公用本振，并只有一个混频通道，最为简洁；零中频方案需要两个混频通道、本振和AD，最为复杂；普通中频介于两者之间。而从灵活性和实现难易程度来看，零中频对滤波器的带宽、O值，AD带宽及采样率的要求都较低，采样时钟选择方便，无需与本振相干，不存在中频中心频点选择问题，实现起来具有很高的灵活性和自由度。ADI推出的AD936系列采用了零中频的方案，集成了模．32．拟滤波、混频器、数据转换器、发射和接收通道的频率合成器以及包括可编程增益、直流偏置校准等数字域的其他功能，可实现射频信号到零中频的

7、频谱搬移，具备出色的灵活性和可配置性。下面我们将利用AD9361+FPGA的硬件框架，实现全双工射频收发系统。3方案设计整个射频收发系统基于软件无线电技术，采用AD9361+FPGA的硬件框架，搭配简单外围接口电路及供电模块，在AD9361完成对射频信号的频谱搬移和数模＼模数转换。在FPGA中实现数据的调制解调功能。FPGA选择了)a叫Nx公司K7系列的XC7K160T，该芯片可匹配AD9361的接口电路，而