WCDMA直放站数字模块的FPGA设计与实现

论文摘要

随着移动通信的高速发展，2G的通信能力已经不能满足人们日益丰富的通话需求，2G数字系统正在向3G宽带数字移动通信发展。WCDMA是目前3G标准中运用最早最成熟的3G技术。直放站将是WCDMA移动通信网络的重要组成部分，直放站的应用不仅可以增加WCDMA网络覆盖，使基站的信号覆盖得到延伸，也能增加空闲基站的话务负荷，或分摊繁忙基站的话务量，还可以起到优化网络的作用。直放站可以灵活地安装在地铁，商场等信号盲区和边远地区，在WCDMA网络建设中引入直放站，采取以基站为主、直放站为辅的混合组网方式是很有意义的。而数字中频技术是WCDMA直放站研究的关键技术之一，是直放站技术及其应用不可回避的课题。本文结合所在实习公司的WCDMA150W基放项目系统中数字模块的研究开发项目，在对数字中频关键技术做了深入研究分析的基础上，对此技术进行了设计和FPGA实现。其中，包括高速的A/D变换、D/A变换、数字下变频技术、数字上变频技术和数字预失真等。本文首先对课题的技术背景进行了简单的介绍，包括WCDMA标准、直放站原理和数字中频关键技术，在此基础上对课题涉及的数字中频理论进行了详细的论述。然后根据WCDMA标准和项目指标确定数字中频各模块的设计参数，并对数字上下变频和数字预失真模块进行详细分析和软件设计，其中还包括了自动增益控制和功率检测功能模块。着重分析了整个数字模块的硬件设计方案，从AD/DA芯片的选定到硬件的调试都给出了详细的分析和说明。最后对数字板进行了功能测试，包括：数字上下变频功能测试、数字预失真、AGC和功检功能测试，同时与射频前端和功放模块进行联调，以验证数字模块的关键指标EVM、ACPR、PCDE是否满足设计需求。从硬件测试结果可以看出，本文设计WCDMA直放站的数字模块能够基本满足3GPP相关标准，其中EVM指标为7.17%，PCDE为-35.66dB，ACPR指标为-60dBc@（+/-5MHz），-66dBc@（+/-10MHz），ACPR较未使用数字预失真功能改善了12dB，具有优良的线性化功能，可以满足单载波WCDMA直放站对系统线性度的要求。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 WCDMA 系统简介
• 1.2 WCDMA 直放站概述
• 1.2.1 WCDMA 直放站简介
• 1.2.2 直放站的基本原理
• 1.2.3 直放站的类型
• 1.2.4 直放站的关键技术
• 1.3 数字中频技术
• 1.3.1 数字中频的关键技术
• 1.4 论文的结构和安排
• 第二章 数字中频的理论基础
• 2.1 信号采样理论
• 2.1.1 奈奎斯特 （Nyquist）采样定理
• 2.1.2 带通信号采样理论
• 2.2 多速率信号处理
• 2.2.1 数字信号的整数倍抽取
• 2.2.2 数字信号的整数倍内插
• 2.3 软件无线电中的高效数字滤波
• 2.3.1 半带滤波器
• 2.3.2 积分梳状（CIC）滤波器
• 2.4 数字预失真理论
• 2.4.1 数字预失真技术的背景
• 2.4.2 数字预失真算法分析
• 2.5 基于 System Generator 的 FPGA 开发技术
• 2.6 本章小结
• 第三章 数字中频模块的软件设计
• 3.1 数字模块参数分析
• 3.1.1 AD 芯片的采样率设计
• 3.1.2 数字中频频率的设计
• 3.1.3 数字信号基带信号的设计
• 3.1.4 数字中频各模块参数的确定
• 3.2 数字下变频模块的设计与仿真
• 3.2.1 数控振荡器 NCO 的设计
• 3.2.2 抽取滤波模块的设计
• 3.2.3 FIR 滤波器的实现
• 3.3 数字上变频模块设计
• 3.3.1 单倍滤波器的设计
• 3.3.2 插值滤波模块的设计
• 3.3.3 混频模块的设计
• 3.4 数字预失真模块的设计
• 3.4.1 自动增益控制（AGC）模块的设计
• 3.4.2 功率检测模块的设计
• 3.5 ISE 工程的整合
• 第四章 WCDMA 直放站数字中频模块的硬件设计
• 4.1 AD/DA 芯片选型及指标分析
• 4.1.1 ADC 的指标分析及选型
• 4.1.2 DAC 的指标分析及选型
• 4.2 数字中频模块的整体框图及硬件实现
• 4.2.1 数字中频板的原理图设计及注意点
• 4.2.2 数字中频的 PCB 板设计
• 4.2.3 数字中频板的硬件调试
• 4.3 数字模块的功能测试
• 4.3.1 数字下变频的验证
• 4.3.2 数字上变频的验证
• 4.3.3 数字预失真功能的验证
• 4.3.4 AGC 和功率检测功能的验证
• 4.4 数字模块性能的测试与联调
• 4.4.1 测试方法和测试指标介绍
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 不足之处和改进
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 个人简历、在学期间发表论文