软件无线电收发机数字前端的设计

论文摘要

随着各种通信标准的激烈竞争和频率资源日益紧张,软件无线电受到了越来越多的关注。软件无线电是一种通过软件编程的方式兼容多种通信标准的方法,它具有开放性、兼容性等特点。数字前端是伴随软件无线电概念的出现而产生的。数字前端处于软件无线电收发机的数模、模数转换器与数字基带之间,起到连接两者的桥梁作用。因此,一个功能齐全、兼容多种通信标准的数字前端模块是实现软件无线电的关键技术之一。本文首先介绍了根据软件无线电基本思想搭建起来的收发机系统架构,在此基础上,提出了数字前端的设计架构。提出了兼容多种收发机控制和数据率转换的可配置数字前端设计方案。该方案可以兼容WCDMA、TD-SCDMA、GSM、EDGE等多种通信协议。其次,在系统架构分析的基础上,描述了发射机数字前端实现的各个功能及其必要性。在采样率转换模块上采用了先进的分级级联的方法,利用半带滤波器与CIC滤波器的特性,分五级组成一个多协议共用、可配置的升采样率转换模块。实现了从不同协议的基带数据率到同一个口标数模转换器采样时钟（26MHz）的转换。同时,发射机数字前端还根据整体发射机系统要求,分析和设计了对载波泄漏消除环路的中心控制和功率放大器输出功率频谱的实时控制的关键技术。实现了31dB的载波泄漏消除,和准确的发射功率谱控制。再次,在接收机整体架构分析基础上,描述了接收机数字前端实现的各个功能及其重要性。实现了可配置的降采样率转换模块。实现了从共同的模数转换器时钟（26MHz）到各个协议基带不同数据率的转换。同时,针对接收信号中包含多种邻道干扰和失配干扰等因素,设计了IQ失配补偿器和信道选择器,实现了对IQ两路失配的补偿,以及对邻道（-40dB）的抑制。同时,分析接收信号能量波动特性,设计和实现了一个增益范围在063.75dB,控制步长为0.25dB的数字增益控制器。最后本文所论述的数字前端设计技术在SMICO. 13μm工艺上进行流片,实现了一个可以兼容GSM、EDGE和TD-SCDMA多种无线通信协议的收发机数字前端。测试结果得到发射机数字前端发射GSM信号的EVM特性为1.080；发射TD-SCDMA信号的EVM为1.07％；接收机对邻道衰减达到40dB,接收GSM信号通路对EVM恶化影响为3.38°；接收TD-SCDMA通路对EVM恶化影响为2.6%。总的数字前端功耗为1.63mW。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究动机及意义
• 1.3 论文的贡献
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 软件无线电收发机数字前端系统架构介绍
• 2.1 系统架构介绍
• 2.1.1 系统分析
• 第三章 发射机数字前端设计
• 3.1 发射机数字前端理论分析
• 3.2 采样率转换模块设计
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 采样率转换指标分析
• 3.3 数字调制模块设计
• 3.3.1 数字调制的理论分析
• 3.3.2 数字调制的精度分析
• 3.3.3 线性近似GMSK调制方法分析
• 3.4 发射机载波泄漏消除数字电路设计
• 3.4.1 载波泄漏的基本原理
• 3.4.2 消除载波泄漏的方法分析
• 3.4.3 载波泄漏消除电路的芯片测试结果和分析
• 3.5 功率放大器输出功率谱控制电路
• 3.5.1 功率谱控制的基本原理
• 3.5.2 功率谱控制电路设计方法分析
• 3.5.3 功率谱控制电路的测试结果和分析
• 3.6 多时钟产生电路设计
• 3.6.1 多时钟产生的基本原理
• 3.6.2 仿真结果
• 3.7 小结
• 第四章 接收机数字前端设计
• 4.1 接收机数字前端理论分析
• 4.2 降采样率转换模块设计
• 4.2.1 降采样率转换的基本原理
• 4.2.2 降采样率指标分析
• 4.2.3 降采样率转换器仿真结果
• 4.3 数字下变频模块设计
• 4.3.1 数字下变频的基本原理
• 4.3.2 数字下变频方法的分析
• 4.3.3 数字下变频电路的结构
• 4.3.4 数字下变频的仿真结果
• 4.4 直流消除滤波器设计
• 4.4.1 直流消除的理论基础
• 4.5 信道选择滤波器设计
• 4.5.1 信道选择的理论基础
• 4.5.2 信道选择方法分析
• 4.5.3 三种信道选择方法对比和分析
• 4.6 数字可配置增益放大器设计
• 4.6.1 数字增益控制的基本原理
• 4.6.2 数字增益的参数和误差分析
• 4.7 IQ失配补偿器设计
• 4.7.1 I/Q失配的理论基础
• 4.7.2 IQ失配补偿算法分析
• 4.7.3 IQ失配补偿的仿真结果分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 收发机数字前端测试结果
• 5.1 数字前端与射频前端的联合测试环境
• 5.2 发射机的测试结果和分析
• 5.2.1 TD-SCDMA模式下发射测试结果分析
• 5.2.2 GSM和EDGE模式下发射测试结果
• 5.3 接收机的测试结果和分析
• 5.3.1 TD-SCDMA模式下接收测试结果
• 5.3.2 GSM模式下接收测试结果
• 5.3.3 接收小信号测试
• 5.4 测试与验证结果总结与工作对比
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文和专利
• 致谢