《基于無線通信射頻收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通信技術(shù)專業(yè)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于無線通信射頻收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通信技術(shù)專業(yè)（46頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 題目：基于無線通信射頻收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 基于無線通信射頻收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 近年來，射頻(RF)無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展增加了人們對低電壓高性能射頻前端的需求，無線通訊系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊-RFIC 成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，例如：蜂窩式個(gè)人通信與基站、無線接入系統(tǒng)、衛(wèi)星通信、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)等。經(jīng)過三代移動(dòng)通信的發(fā)展，通信系統(tǒng)發(fā)展成了支持多媒體的通信系統(tǒng)，系統(tǒng)的速度更快，誤碼率更低。射頻收發(fā)機(jī)是通信系統(tǒng)的前端部分，負(fù)責(zé)信號的接收和發(fā)射部分，是無線通信系統(tǒng)中不可缺少的一部分，它決定了通信距離和影響著通信質(zhì)量通信系統(tǒng)的發(fā)展也帶動(dòng)了射頻收發(fā)機(jī)的發(fā)展。

2、本文主要完成了基于移動(dòng)通信的射頻收發(fā)機(jī)系統(tǒng)，所做的工作可分為射頻系統(tǒng)的指標(biāo)分解、計(jì)算，前期的器件調(diào)研和選型，射頻系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)和搭建，并進(jìn)行ADS的系統(tǒng)仿真。最后經(jīng)過測試，其收發(fā)機(jī)的性能指標(biāo)基本滿足要求。 關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信；射頻收發(fā)機(jī)；系統(tǒng)指標(biāo) RF transceiver system design based on wireless communication Abstract In recent years，the rapid development of radio frequency (RF) wireless communicatio

3、n increase the RF front-end needs of low-voltage and high-performance.The key modules-RFIC of Wireless communication systems become research focus,such as cellular personal communications and base station, wireless access systems, Satellite Communications,GPS, wireless lan,etc. After the development

4、 of three generations of mobile communications, communications system developed into a multimedia communication system and the system has faster rate and lower BER. RFtransceiver which is front of the communication system is responsible for receiving and transmitting the signal part and that is an i

5、ntegral part the wireless communication system has also led to thedevelopment of the RF transceiver. The paper discussed transceiver's basic structure and radio frequency transceiver's development and some key indicators. Then according to these important target, it has calculated the radio frequenc

6、y system's major technique target. Finally it simulated entire transceiver's major technique target. Keywords: mobile communication ；RF transceiver ；system specifications  目 錄 1.緒 論 1 1.1引言 1 1.2 射頻集成電路的發(fā)展及研究前景 1 1.3國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 3 2系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 5 2.1需求分析 5 2.2概要設(shè)計(jì) 6 2.3詳細(xì)設(shè)計(jì) 9 2.4調(diào)試環(huán)境準(zhǔn)備以及測試準(zhǔn)備

7、14 3.系統(tǒng)組成 15 3.1射頻接收機(jī) 15 3.1.1系統(tǒng)總體方案 15 3.1.2重難點(diǎn)及解決辦法 16 3.2射頻發(fā)射機(jī) 16 3.2.1系統(tǒng)總體方案 16 3.2.2重難點(diǎn)及解決辦法 16 3.3射頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其個(gè)元器件參數(shù) 17 3.4設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng) 18 4. 射頻系統(tǒng)仿真以及測試 19 4.1 射頻接收機(jī)頻帶選擇性仿真 19 4.2 接收機(jī)系統(tǒng)預(yù)算增益仿真 19 4.3 接收機(jī)信道選擇性仿真 20 4.4 接收機(jī)噪聲系數(shù)仿真 20 4.5發(fā)射機(jī)系統(tǒng)預(yù)算增益仿真 21 5 結(jié) 論 23 6參考文獻(xiàn) 24 附錄 26 V

8、 1.緒 論 1.1引言 射頻意味著頻率的載波功率可以通過天線傳輸（反之亦然），并且以光速以交變電磁場的形式在自由空間中傳播。當(dāng)介質(zhì)遇到不同介質(zhì)時(shí)，傳播速率發(fā)生變化，并發(fā)生電磁波反射和折射。衍射，穿透等會導(dǎo)致各種損失。傳輸金屬線時(shí)會出現(xiàn)皮膚效應(yīng)現(xiàn)象。 通過天線傳輸?shù)娇諝庵小?RF信號以長距離接收，然后反向調(diào)制以恢復(fù)到電信息源。該過程稱為無線傳輸。無線傳輸已經(jīng)發(fā)展了近兩百年，并形成了大量的用戶和產(chǎn)品組。但是，由于氣候變化和地面障礙物的影響，完美的信息無法傳遞?，F(xiàn)代人發(fā)明了廉價(jià)的高頻傳輸電纜（RF線）。為了追求完美的信息傳輸質(zhì)量并考慮到原有的無線設(shè)備，無線型有線傳輸已經(jīng)變得流行。出現(xiàn)了射

9、頻傳輸?shù)母拍?。如果您的信息源被二次調(diào)制并通過電纜傳輸?shù)搅硪欢耍瑒t另一端使用反向調(diào)制在應(yīng)用之前恢復(fù)信息源。無論頻率如何，它也是RF傳輸模式。如果沒有調(diào)制反調(diào)制過程，它只會將信息源直接通過電纜傳輸?shù)綄Χ?，無論頻率如何，都是一般的有線傳輸方法。 觀察無線電頻譜，頻率范圍從極低到極高。波長范圍從超長波到亞毫米到光學(xué)和紫外。不同頻段的無線電波特性也有很大差異。我們必須理解這一點(diǎn)，并學(xué)會用不同的概念，技術(shù)和方法來處理問題。在移動(dòng)通信工作的射頻和微波頻段中，如果只使用低頻的概念和技術(shù)來研究和處理問題，它將無法工作。 射頻電路最主要的應(yīng)用領(lǐng)域就是無線通信，無線通信射頻收發(fā)機(jī)包含了發(fā)射機(jī)電路、接收機(jī)電路以及

10、通信天線。 1.2 射頻集成電路的發(fā)展及研究前景 在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中，現(xiàn)代的無線通信系統(tǒng)中，由于 CMOS 工藝生產(chǎn)費(fèi)用低，集成密度高，且靜態(tài)時(shí)電路不存在直流電流，收發(fā)機(jī)的數(shù)字處理部分大多采用 CMOS 工藝實(shí)現(xiàn)。但由于 CMOS 器件的跨導(dǎo)小，并且 CMOS 工藝實(shí)現(xiàn)的射頻電路通常襯底的損耗較大，收發(fā)機(jī)的射頻前端電路一般采用雙極型工藝或砷化鎵工藝。而通常無線通信系統(tǒng)中的數(shù)字基帶部分占芯片面積的 75％以上，考慮到集成度及成本等指標(biāo)的要求，只有實(shí)現(xiàn) CMOS 集成射頻前端，才能最終實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的單片集成。隨著深亞微米 CMOS 工藝的不斷進(jìn)步和成熟，其溝道長度不斷減小，截止頻率 ft

11、不斷增加，深亞微米 CMOS 工藝其 MOSFET 的特征頻率已經(jīng)達(dá)到 50GHz 以上，再加上 CMOS 工藝與其他工藝相比具有工藝成熟、應(yīng)用廣泛、價(jià)格低、集成度高、功耗小等特點(diǎn)，用 CMOS 工藝設(shè)計(jì)射頻集成電路 RFIC(radio frequency integrated circuits)已經(jīng)成為近幾年世界性范圍內(nèi)研究的熱點(diǎn)，世界各國的研究人員在 CMOS 射頻集成電路的設(shè)計(jì)和制作方面進(jìn)行了大量的研究。美國許多成功的新興集成電路無晶圓廠芯片設(shè)計(jì)公司(fabless)和眾多的芯片設(shè)計(jì)start-ups 都比較集中在這一領(lǐng)域[4]。在 5GHz 以下，基于 CMOS 工藝制造的硅射頻集成

12、電路，在性能各方面已經(jīng)能與 GaAs RFIC 及鍺硅 RFIC 一爭高下，且在成本上具有明顯的競爭優(yōu)勢，在無線通訊、衛(wèi)星定位導(dǎo)航等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 利用 CMOS 工藝實(shí)現(xiàn)的 RFIC 在上世紀(jì)九十年代中期開始起步和發(fā)展，圖1表示了 RF CMOS 器件按比例縮小后主要參數(shù)的變化。 圖1 RF CMOS器件按比例縮小后的卞要參數(shù)變化 隨著器件特征尺寸的不斷縮小，MO S器件的特征頻率人、最高頻率幾a、和噪聲性能等都有很大提高，可以獲得很好的射頻特性。特別是跨入90 nm以后，RF CMOS器件已經(jīng)可以工作在40GHz到100 GHz范圍。RF CMOS工藝既繼承了數(shù)字CMOS

13、工藝的功耗低、集成度高、成本低等眾多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又顯示出很好的射頻特性，已開始應(yīng)用十設(shè)計(jì)以往只能采用BiCMOS, GaAs和Site工藝實(shí)現(xiàn)的電路[5]。當(dāng)前，各種制作RFIC的工藝技術(shù)的競爭相當(dāng)激烈，不同工藝適用十不同的場合，它們的比較結(jié)果可見圖2。 圖2 RFIC制作工藝比較 RF CMOS技術(shù)的進(jìn)步充分表明它已可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用十寬帶無線通信系統(tǒng)和高數(shù)據(jù)率交換裝置的RFIC芯片。特別是在通訊系統(tǒng)對RFIC不斷提出低成本、低功耗、小尺寸、高集成度、高可靠性、多功能等要求的推動(dòng)下，RF CMO S技術(shù)正成為RFIC制作的熱門選擇，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字與射頻系統(tǒng)單片集成的RF SOC芯片很有發(fā)展前途的

14、技術(shù)。 1.3國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 迅速發(fā)展的無線通信市場產(chǎn)生了對射頻集成電路的需求不斷增加。近年來，伴隨著特征規(guī)則 隨著不斷減小英寸，深業(yè)微米CMOS技術(shù)的MOSFET的特性頻率已經(jīng)達(dá)到超過200千兆赫，從而有可能實(shí)現(xiàn)GHz頻帶的RF電路，并通過使用CMOS工藝的毫米波電路。在現(xiàn)代收發(fā)器設(shè)計(jì)，整個(gè)RF前端的集成度和甚至基帶信號處理成一個(gè)單一的芯片已成為為了降低成本和功耗的趨勢。近年來，來自世界各地的研究人員進(jìn)行了CMO S無線電設(shè)備頻率集成電路的設(shè)計(jì)和制造，其水平不斷提高CMO S無線電設(shè)備頻率集成電路的性能，廣泛的研究[6]。 國外已在這方面取得了很大的突破。目前，國際上先進(jìn)的集成電路制

15、造商，其90納米和65納米工藝技術(shù)已經(jīng)成熟，45nm工藝也已投入商業(yè)使用。例如，英特爾的32nm CPU已經(jīng)研制成功。成功的，并且可以預(yù)期，其32nm工藝線將在2009年底投產(chǎn)[[5]。許多知名企業(yè)，高校和科研院所在世界上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高性能，低噪聲放大器（LNA，壓控振蕩器（VCO）和混頻器（混頻器）和CMOS技術(shù)甚至整個(gè)收發(fā)器（收發(fā)器）。 (Mixer)甚至是整個(gè)收發(fā)機(jī)(Transceiver)。 Broadcom公司研制的基于802.l l a無線局域網(wǎng)的收發(fā)器，采用0.18um CMOS I藝實(shí)現(xiàn)，頻段范圍為4.92-5.845GHz，整體噪聲系數(shù)為3.5dB，發(fā)射時(shí)輸出飽和

16、功率達(dá)到了23dBm。 采用CMOS技術(shù)在中國射頻RF集成的研究工作才在一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)在最近幾年進(jìn)行的。主要研究單位是東南大學(xué)（京廣研究所）和上海清華Jingxinwei的射頻研究所與光電集成電路。電子，微電子學(xué)系，復(fù)旦大學(xué)，中國院士，上海鼎新半導(dǎo)體和杭州仕康無線電電子科技有限公司嘉興微電子研究所 上海清華晶鑫微電子有限公司已成功開發(fā)集成電路在中國首次2.4GHz射頻前端芯片組CMOS。它采用TSMC的0.18微米RF CMOS工藝。該項(xiàng)目已通過RFIC的困難的障礙（RF集成電路）產(chǎn)品設(shè)計(jì)破碎，填補(bǔ)了國內(nèi)間隙，并且鋪設(shè)用于輸入需要RFIC，諸如3G無線通信領(lǐng)域的基礎(chǔ)。 近日來,的中國

17、科學(xué)院微電子研究所使用的0.18微米RFCMOS過程測試以下關(guān)鍵核心電路：1.3.9-4.9GHz鎖相環(huán)頻率合成器芯片：在頻率合成器的VCO的振蕩頻率可以是覆蓋3.9-4●9 GHz時(shí)，頻率可以精確地鎖定在該范圍內(nèi)，相位噪聲小于-95dBc / Hz的@ 1MHz的偏移量，參考雜散小于-40dBc;2，6.5-7.2GHz壓控振蕩器芯片：該VCO 的頻率調(diào)諧范圍達(dá)到700MHz,相位噪聲小于-90dBc / Hz的@ 1MHz的偏移;3，6-9GHz低噪聲放大器芯片：LNA增益大于18分貝更大6-9GHz，S11的范圍內(nèi)，S22小于-10dB;4，6-9GHz升降壓轉(zhuǎn)換器芯片：該電路可下變頻

18、6-9GHz超寬帶RF信號與一個(gè)轉(zhuǎn)換為模擬基帶信號比5分貝獲得更大。 無論在規(guī)模還是在技術(shù)上,國內(nèi)企業(yè)無法與之相比。中國的IC設(shè)計(jì)總體水平落后于美國的兩代[7]。 雖然 RF CMOS 技術(shù)有良好的發(fā)展前景，但是采用 RF CMOS 工藝設(shè)計(jì) RFIC 也存在諸多挑戰(zhàn)。(1)缺乏高質(zhì)量的無源器件和準(zhǔn)確的無源器件模型。(2)如隨著頻率的不斷提高，RF CMOS 工藝將出現(xiàn)寄生效應(yīng)變復(fù)雜、襯底損耗問題。(3)襯底噪聲耦合問題。 從以上分析可以看出，其一，我國的 RFIC 設(shè)計(jì)行業(yè)和國外還存在一定的差距；其二，RFCMOS 工藝技術(shù)雖然有良好發(fā)展前景，但也存在諸多挑戰(zhàn)，需要采用新的設(shè)計(jì)技術(shù)加以

19、克服。 2系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 2.1需求分析 本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)功能： 編寫STM32和nRF24L01P的初始化程序。 將uC/OS-II移植至 STM32。 設(shè)計(jì)簡單的無線通信協(xié)議，編寫無線通信任務(wù)和射頻收發(fā)中斷服務(wù)子程序。 （1）性能價(jià)格要求： 在開發(fā)板固有硬件資源上盡量不增加硬件資源；選擇免費(fèi)開源嵌入式 （2）操作系統(tǒng)； 使用操作系統(tǒng)，提高任務(wù)調(diào)度，資源管理，系統(tǒng)穩(wěn)定性；使用中斷提 高響應(yīng)速度。 （3）熱設(shè)計(jì)要求： 開發(fā)板功耗相對較低，發(fā)熱元器件分布為分散，不需要其他措施來提高散熱能力； （4）信息安全要求： 本設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，暫不考慮在PC機(jī)與開發(fā)板通信過程中增加

20、加密模塊； 如果是在工程項(xiàng)目中，有必要開率增加通信加密模塊（AES或者LBLock都可考慮）。 2.2概要設(shè)計(jì) (1)軟件結(jié)構(gòu)圖 圖2.1 (2)程序流程圖 是否達(dá)到最大發(fā)送次數(shù) NRF切換至接收模式 NRF切換成發(fā)送模式 發(fā)送數(shù)據(jù) 發(fā)送完成后是否接到響應(yīng) (2)任務(wù)和ISR描述 A．任務(wù)描述 表2.1 編號 任務(wù)名稱 英文簡稱 優(yōu)先級 堆棧容量（BYTE） 任務(wù)描述 1 開始任務(wù) App_TaskStart 2 128 創(chuàng)建其他子任務(wù) 2 用戶界面 AppTaskUserIF 5 256 創(chuàng)建

21、輸入輸出窗體 3 觸摸輸入 AppTaskKbd 4 512 檢測觸摸屏輸入 4 空閑 Idle 10 16 空閑任務(wù) B． ISR描述 表2.1 編號 ISR名稱 英文簡稱 優(yōu)先級 ISR描述 1 復(fù)位 RST_ISR 1 上電復(fù)位，看門狗復(fù)位，按鍵復(fù)位 2 系統(tǒng)時(shí)鐘 SysTickHandler 2 系統(tǒng)時(shí)鐘中斷 3 外部中斷0 EXTI0_IRQHandler 組優(yōu)先級0，次優(yōu)先級1 （NRF24L01中斷） 2.3詳細(xì)設(shè)計(jì) （1） 數(shù)據(jù)存儲空間分配，包括每種數(shù)據(jù)的名稱、作用域、數(shù)據(jù)類型、占用物理

22、空間大小、涉及的任務(wù)或ISR 表2.1 數(shù)據(jù)名稱 描述 作用域 數(shù)據(jù)類型 大小 涉及的任務(wù)或ISR Rx_Succ 接收成功標(biāo)志 全局 unsigned char 1B AppTaskUserIF任務(wù)和EXTI0_IRQn中斷 TX_ADDRESS0-5 通道地址0-5 全局 unsigned char 5B EXTI0_IRQn中斷 rx_buf 接收緩存區(qū) 全局 unsigned char 32B AppTaskUserIF任務(wù) tx_buf 發(fā)射緩存區(qū) 全局 unsigned char 32B AppTaskUserIF任務(wù)

23、 status_buf 狀態(tài)緩沖區(qū) 全局 unsigned char 32B AppTaskUserIF任務(wù)和EXTI0_IRQn中斷 nrf_baud 波特設(shè)置 全局 unsigned char 1B AppTaskUserIF任務(wù) nrf_Pipe 發(fā)射通道選擇 全局 unsigned char 1B AppTaskUserIF任務(wù) nrf_Pipe_r 接收通道選擇 全局 unsigned char 1B EXTI0_IRQn中斷 （2） 主要任務(wù)及中斷服務(wù)子程序的流程圖3.14： 執(zhí)行main（） 禁止

24、CPU的中斷 -CPU_IntDis() ucosII內(nèi)核初始化OSInit() 外設(shè)初始化BSP_Init() 顯示器接口FSMC進(jìn)行配置 tp_config() NVIC_Configuration() GPIO_Configuration() 系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)置RCC_Configuration（） 圖2.2 創(chuàng)建另一個(gè)2個(gè)用戶任務(wù)，清除0擊敗計(jì)數(shù)器，并啟動(dòng)ucosII的內(nèi)核。主要任務(wù)的任務(wù)名稱是App_TaskStart，主要任務(wù)都有自己的堆棧，棧的大小APP_TASK_ST

25、ART_STK_SIZE * 4（字節(jié)），那么ucosII的內(nèi)部函數(shù)OSTimeSet（0）被執(zhí)行，節(jié)拍計(jì).數(shù)器清零，并節(jié)拍計(jì)數(shù)器的范圍是0-4294967295。對于為100Hz的拍頻，它講述了每497.天，調(diào)用內(nèi)部函數(shù)OSStart（），啟動(dòng)ucosII的內(nèi)核和內(nèi)核ucosII的開始運(yùn)行。任務(wù)表進(jìn)行監(jiān)控。由于主要任務(wù)已經(jīng)處于準(zhǔn)備狀態(tài)，主要任務(wù)App_TaskStart（）開始。UCOSII的任務(wù)結(jié)構(gòu)必須是一個(gè)止回結(jié)構(gòu)，即，在3.1.5中所示的無限循環(huán)模式。 使能SPI2外設(shè)時(shí)鐘 配置 SPI2 引腳 配置SPI2 NRF24L01+片選 SPI2 配置NRF2

26、4L01+ 模式選擇 配置NRF24L01+ 中斷信號產(chǎn)生連接到 PA0 禁止SPI2 NRF24L01+的片選。 SPI2 配置 使能SPI2 圖2.3 通過SPI2 發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)： 開 始 發(fā)送緩沖區(qū)是否是空 是 否 通過SPI2外設(shè)發(fā)出數(shù)據(jù) 是 接收緩沖區(qū)是否是空 否 返回讀出的數(shù)據(jù) 圖2.4 d EXTI0_IRQHandler(void)為 NRF24L

27、01 發(fā)送及接收中斷響應(yīng)程序： 開 始 保存全局中斷標(biāo)志,關(guān)總中斷 恢復(fù)全局中斷標(biāo)志 判斷是否產(chǎn)生了EXTI0中斷 否 是 判斷是否是PA0線變低 否 是 否 發(fā)射達(dá)到最大復(fù)發(fā)次數(shù) 判斷是否接收到數(shù)據(jù) 是 是 清除發(fā)送緩沖區(qū) 否 讀取狀態(tài)寄存其來判斷數(shù)據(jù)接收狀況 進(jìn)入接收模式 清除07寄存器標(biāo)志 清除EXTI0上的中斷標(biāo)志 執(zhí)行一次任務(wù)切換 結(jié) 束 圖3.17 （3）液晶顯示器界面含有發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、鍵盤，通過點(diǎn)擊按鍵顯

28、示所輸入內(nèi)容，點(diǎn)擊發(fā)送后，顯示器接收數(shù)據(jù)內(nèi)顯示所發(fā)送內(nèi)容，另外一塊液晶顯示器接收數(shù)據(jù)后，顯示所發(fā)送內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)無線通信功能。 其中所涉及的函數(shù)有GUI_WIDGET_CREATE_INFO（定義了對話框資源列表）、GUI_WIDGET_CREATE_INFO（定義了對話框資源列表）、_cbCallback(WM_MESSAGE * pMsg)（ucgui回調(diào)函數(shù)，是作為對話框動(dòng)作響應(yīng)的函數(shù)）、Fun(void)（顯示及處理界面）。 2.4調(diào)試環(huán)境準(zhǔn)備以及測試準(zhǔn)備 （1）主程序 （2） 任務(wù)設(shè)計(jì) （3）中斷服務(wù)子程序  3.系統(tǒng)組成 3.1射頻接收機(jī) 接收機(jī)一般被定義為ADC

29、(模數(shù)變換)和傳輸天線之間的部分。RF接收機(jī)主要起的作用是把天線接收下來的信號進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)出基帶需要的有用信號，送入ADC進(jìn)行模擬到數(shù)字的變換，然后進(jìn)入數(shù)字部分進(jìn)行處理，RF接收機(jī)可以再細(xì)分為中頻、射頻兩部分。它們的劃為是以頻率的大小進(jìn)行劃分，一般天線接收下來先在射頻部分進(jìn)行處理，然后經(jīng)過第一級混頻器，降低它的頻率到達(dá)中頻(第一中頻)，如果是超外差結(jié)構(gòu)，在第一級下變頻之后，還有第二次下變頻，第二次下變頻之后到達(dá)第二中頻。下面我們看下目前接收機(jī)的常有結(jié)構(gòu):格式不對 (1)超外差接收機(jī):超外差接收機(jī)將天線下來的信號進(jìn)行兩次下變頻處理,再送入ADC。在RF信道上，我們希望濾除非常高的中心頻率，并

30、且窄信道的非常大的干擾要求濾波器具有令人驚訝的高Q值。然而，在外差結(jié)構(gòu)中，信號頻帶被轉(zhuǎn)換為低得多的頻率，這降低了對信道選擇濾波器的要求[8]。 (2)零差接收機(jī):零差接收機(jī)相比于超外差接收機(jī),其結(jié)構(gòu)簡單,易于集成,并且鏡像問題被克服了。 IF SAW濾波器和隨后的下變頻級可以由合適的單片集成低通濾波器和基帶放大器代替。然而，零差接收器也有一些缺點(diǎn)和需要解決的問題：1。信道選擇，通過有源低通濾波器比無源濾波器更難以抑制信道外干擾。根本原因是有源濾波器和相應(yīng)的無源濾波器需要在噪聲，線性度和功耗之間進(jìn)行更嚴(yán)格的權(quán)衡;2、直流偏移,由于在零.差結(jié)構(gòu)中下變頻后的頻帶擴(kuò)展到零頻率,外部的偏移電壓有可能破

31、壞信號,更嚴(yán)重的是,有可能會使.后級飽和;3、I/Q失配,對于頻率和相位調(diào)制技術(shù),零差接收器必須采用正交混頻,這樣的話,LQ失配就顯得很重要;4、偶數(shù)階失真;5、 LO泄漏[9]. 3.1.1系統(tǒng)總體方案 選用帶阻加低通的帶通形式是為了在左邊帶獲得較陡的帶通特性，以獲得較大的帶外抑制，從而提高抗干擾能力；變?nèi)莨艽?lián)電容是為了降低調(diào)諧靈敏度，以減小電壓波動(dòng)對帶通特性的影響；低通用兩個(gè)電容并聯(lián)是為了使用高精度的低值電容，以減小制造誤差對帶通一致性的影響。 3.1.2重難點(diǎn)及解決辦法 接收機(jī)的整體噪聲因數(shù)由系統(tǒng)內(nèi)各分級的噪聲性能共同決定，但接收機(jī)的靈敏度主要取決于高放的噪聲。然而高放增益大，

32、混頻級的電平也會高，由非線性引起的干擾就嚴(yán)重。相反，高放增益小，后級電平就低，但干擾電平也相應(yīng)降低，非線性失真減小。一般高放增益約10dB左右。如何減少這個(gè)數(shù)值就是重中之重。 3.2射頻發(fā)射機(jī) 發(fā)射機(jī)被定義為DAC(數(shù)模變換)到天線之間的部分。RF發(fā)射機(jī)主要起的作用是將一個(gè)模擬低頻信號轉(zhuǎn)用高頻信號調(diào)制并對信號功率進(jìn)行一定的處理然后通過天線發(fā)射出去。RF發(fā)射機(jī)主要由濾波器、調(diào)制器、本振、放大器、混頻器、功率放大器等元件構(gòu)成。信號首先經(jīng)過DAC之后濾波然后進(jìn)入調(diào)制器然后濾波放大后面可能混頻然后再經(jīng)功率放大器輸出[10]。 現(xiàn)在發(fā)射機(jī)的主要結(jié)構(gòu)有: (1)直接變換發(fā)送器，被發(fā)送的載波頻率與

33、本地振蕩器相等，這種結(jié)構(gòu)稱為直接變換。 3.2.1系統(tǒng)總體方案 發(fā)送裝置包括發(fā)送天線、換能器和發(fā)送機(jī)三部分。發(fā)射機(jī)將電信號轉(zhuǎn)換成具有足夠強(qiáng)度的高頻電振蕩，和發(fā)送天線的高頻電振蕩轉(zhuǎn)換成電磁波輻射到傳輸介質(zhì)。方案呢？算是關(guān)鍵時(shí)候，要詳細(xì)說明 3.2.2重難點(diǎn)及解決辦法 發(fā)送機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)有工作種類、調(diào)制方式、頻率范圍、頻率穩(wěn)定度及準(zhǔn)確度、輸出功率、效率、雜散輻射等。發(fā)射機(jī)的工作頻率是指發(fā)射機(jī)的射頻載波頻率。發(fā)射機(jī)的頻率準(zhǔn)確度與頻率穩(wěn)定度也是相對于射頻載波而言的。頻率準(zhǔn)確度是指實(shí)際工作頻率對于標(biāo)稱工作頻率的準(zhǔn)確程度。頻率準(zhǔn)確度越高、建立通信就越快，以至于不尋找對方就可實(shí)現(xiàn)通信，提高通信的快

34、速性。頻率穩(wěn)定度是指各種外界因素的影響下發(fā)射機(jī)頻率穩(wěn)定的程度。如果頻率穩(wěn)定度很高，建立通信后接收機(jī)不需要因頻率變化而進(jìn)行微調(diào)，從而提高了通信的可靠性。射頻通信的有效距離及通信的可靠性均與發(fā)射天線的輻射功率有密切的關(guān)系。因而發(fā)射機(jī)必須保證輸出足夠大的功率。發(fā)射機(jī)的總效率是指發(fā)射機(jī)傳送到天線饋線上的功率與整機(jī)輸入功率的比值。在大功率發(fā)射機(jī)中，提高效率可以減小電源消耗，具有較大的經(jīng)濟(jì)意義。發(fā)射機(jī)的帶外輻射統(tǒng)稱為雜散輻射，如果發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)不當(dāng)或使用不當(dāng)，會使雜散輻射電平過高，干擾其他通信鏈路。當(dāng)發(fā)射機(jī)使用寬帶天線且?guī)捀采w這些雜散頻率時(shí)，干擾會更嚴(yán)重。為了盡量避免發(fā)生這種干擾，有關(guān)的規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)對發(fā)射機(jī)的

35、雜散輻射都給出了一定的限制。如何掌握好這些才是接收機(jī)的重難點(diǎn)。 3.3射頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其個(gè)元器件參數(shù) 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)為超外差結(jié)構(gòu)，信號經(jīng)過兩次下變頻，RF頻段的中心頻率為3.SGHZ射頻帶寬為100MHZ，經(jīng)過濾波器，低噪聲放大器等器件對信號處理，然后與一個(gè)1G的本振混頻，下變頻到中頻，中頻中心頻率為2.SGHZ，帶寬為100MHZ，再經(jīng)過濾波放大等處理進(jìn)入IQ解調(diào)器，解調(diào)器的本振為2.5GHZ，然后混頻處IQ四路基帶信號(I+，I-，Q+, Q-)，它們的帶寬為50MHZ，再經(jīng)過放大和濾波處理進(jìn)入ADC。發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)為直接變頻結(jié)構(gòu)，信號只經(jīng)過一次上變頻從零頻直接上變頻到3.5GHZ,DAC

36、輸出信號先經(jīng)過濾波放大然后進(jìn)入IQ調(diào)制器，IQ調(diào)制器的本振為3.5GHZ，經(jīng)過上變頻之后到達(dá)發(fā)射射頻線路，發(fā)射射頻信號經(jīng)過濾波器之后經(jīng)由PA調(diào)制之后再經(jīng)過開關(guān)、天線發(fā)射出去接收機(jī)系統(tǒng)各器件。 表3.1接收鏈路器件(天線到IQ解調(diào))參數(shù) 開關(guān) LNA 射頻濾波器 第一級混頻器 中頻濾波器 IFVGA 增益(dB) -2 23 -1.6 -7.5 -3 -13.5—+18（0.5dB步進(jìn)） 噪聲系數(shù)(dB) 1.6 10 6 1dB壓縮點(diǎn)(dBm) 27 6 9 16 IIP3(dBm) 42 16

37、 17 OIP3:33 供給電壓（V） 5 5 無源 無源 5 供給電流（mA） 0.2 16 88 帶寬 LF-4GHZ 1.5-8GHZ 120MHZ（中頻3.45GHZ） 5—4200MHZ 100MHZ（2.45GHZ） DC—6GHZ 衰減(dB) 51（2944—3044MHZ）29（3800—4200MHZ） 20（1900—2000MHZ）25（4800—5000MHZ） 3.4設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng) 所述RF帶通濾波器主要用來抑制工作頻帶之外外部干擾信號，以防止影響到接收器的正常的有用

38、信號的接收的干擾信號。射頻帶通濾波器的性能是沒有好壞之分。重要的是，RF帶通濾波器具有兩個(gè)階段，一個(gè)在低噪聲放大器（LNA）的每一側(cè)上;所述RF帶通濾波器的主要性能指標(biāo)是與內(nèi)插損失，在帶波紋和出的帶外抑制。不同的應(yīng)用場合對性能指標(biāo)的要求也有所不同。這個(gè)在設(shè)計(jì)的時(shí)候也是較為重要的注意事項(xiàng)。 4. 射頻系統(tǒng)仿真以及測試 4.1 射頻接收機(jī)頻帶選擇性仿真 RF系統(tǒng)仿真我們利用ADS（高級系統(tǒng)設(shè)計(jì)）。 ADS（先進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)）軟件是一個(gè)基于HPEESOF系列EDA軟件安捷倫的大型綜合設(shè)計(jì)軟件。它提供了多種射頻微波電路仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)的強(qiáng)大能力，廣泛應(yīng)用于通信、航天等領(lǐng)域。當(dāng)射頻和微波器件處于線性狀

39、態(tài)時(shí)，一般認(rèn)為它們是小信號。它們是線性網(wǎng)絡(luò)。在處理大信號時(shí)，它們被認(rèn)為是在非線性狀態(tài)和非線性網(wǎng)絡(luò)中工作的。通常我們使用的S參數(shù)來分析線性網(wǎng)絡(luò)和光譜波平衡方法來分析非線性網(wǎng)絡(luò)。 4.2 接收機(jī)系統(tǒng)預(yù)算增益仿真 射頻的發(fā)射機(jī)的作用是將基帶信號轉(zhuǎn)換成射頻信號，并放大到足夠的功率發(fā)射出去，使其能夠傳送到目的地。發(fā)射機(jī)主要包括調(diào)制部分和功放部分，原理并不復(fù)雜，但其設(shè)計(jì)由于各方面的原因變得復(fù)雜。發(fā)射機(jī)的功率放大器成本高昂，功耗很大。發(fā)射機(jī)在無線通信終端成本和直流功率損耗上占了很大的比重。零中頻發(fā)射機(jī)的直流偏移和本振自接受是個(gè)需要重點(diǎn)考慮的問題。零中頻發(fā)射機(jī)并不存在直流偏移的問題，但發(fā)射機(jī)本振泄漏出

40、去，再通過天線被接收機(jī)接收，這就會造成接收機(jī)的直流偏移，因此在設(shè)計(jì)發(fā)射部分時(shí)應(yīng)該仔細(xì)考慮，盡量減少本振泄漏。零中頻發(fā)射機(jī)的發(fā)射信號應(yīng)該是個(gè)單邊帶信號，但因?yàn)楣兩路路徑肯定不能完全一致，會引起工Q兩路信號的不平衡，在相位和幅度上會有一定的偏差，以及本振信號可能有一定的相位偏差，這些問題都會造成載波和邊帶的不完全抑制，導(dǎo)致誤碼率的增加[17]。 4.3 接收機(jī)信道選擇性仿真 信道選擇性功能完全由中頻濾波器完成。信道選擇性完全由整機(jī)系統(tǒng)的S參數(shù)仿真可以看出，仿真結(jié)果橫坐標(biāo)為接收機(jī)輸入頻率，縱坐標(biāo)為S21以dB形式表示，從仿真結(jié)果圖中可以看出整個(gè)接收機(jī)的選擇性能和整個(gè)接收機(jī)的增益[16]。圖16

41、為整個(gè)接收機(jī)的電路圖。 圖4.1 4.4 接收機(jī)噪聲系數(shù)仿真 接收機(jī)噪聲系數(shù)仿真可以由S參數(shù)仿真得出。圖18為接收機(jī)噪聲系數(shù)電路圖，圖19為接收機(jī)噪聲系數(shù)仿真結(jié)果圖。 圖4.2接收機(jī)噪聲系數(shù)仿真電路圖 4.5發(fā)射機(jī)系統(tǒng)預(yù)算增益仿真 射頻的發(fā)射機(jī)的作用是將基帶信號轉(zhuǎn)換成射頻信號，并放大到足夠的功率發(fā)射出去，使其能夠傳送到目的地。發(fā)射機(jī)主要包括調(diào)制部分和功放部分，原理并不復(fù)雜，但其設(shè)計(jì)由于各方面的原因變得復(fù)雜。發(fā)射機(jī)的功率放大器成本高昂，功耗很大。發(fā)射機(jī)在無線通信終端成本和直流功率損耗上占了很大的比重。零中頻發(fā)射機(jī)的直流偏移和本振自接受是個(gè)需要重點(diǎn)考慮的問題。零中頻發(fā)射

42、機(jī)并不存在直流偏移的問題，但發(fā)射機(jī)本振泄漏出去，再通過天線被接收機(jī)接收，這就會造成接收機(jī)的直流偏移，因此在設(shè)計(jì)發(fā)射部分時(shí)應(yīng)該仔細(xì)考慮，盡量減少本振泄漏。零中頻發(fā)射機(jī)的發(fā)射信號應(yīng)該是個(gè)單邊帶信號，但因?yàn)楣兩路路徑肯定不能完全一致，會引起工Q兩路信號的不平衡，在相位和幅度上會有一定的偏差，以及本振信號可能有一定的相位偏差，這些問題都會造成載波和邊帶的不完全抑制，導(dǎo)致誤碼率的增加[17]。 在發(fā)射機(jī)中，系統(tǒng)增益是最主要的指標(biāo)之一，我們可以用預(yù)算增益仿真來觀察發(fā)射機(jī)系統(tǒng)預(yù)算增益。我們仿真當(dāng)在發(fā)射機(jī)VGA最大增益狀態(tài)下的增益預(yù)算仿真。VGA最大增益狀態(tài)為6個(gè)dB的增益。圖20為發(fā)射機(jī)最大增益狀態(tài)增益

43、預(yù)算仿真電路圖。 圖4.3射機(jī)預(yù)算增益仿真電路圖 5 結(jié) 論 在本文中，完成了一個(gè)移動(dòng)通信的射頻收發(fā)機(jī)系統(tǒng)，所做的工作可分為射頻系統(tǒng)的指標(biāo)分解、計(jì)算，前期的器件調(diào)研和選型，射頻系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)和搭建，進(jìn)行ADS的系統(tǒng)仿真。經(jīng)過測試，其收發(fā)機(jī)的性能指標(biāo)基本滿足要求。電源的處理是一個(gè)比較值得關(guān)注的問題，一個(gè)比較好的電源也會使得收發(fā)機(jī)的性能有一點(diǎn)提升。射頻發(fā)展趨勢為采用軟件無線電的思想，盡量減少模擬環(huán)節(jié)，把數(shù)字化處理盡量靠近天線。若想開發(fā)出能應(yīng)用于新一代移動(dòng)通信的射頻系統(tǒng)，還須付出相當(dāng)多的工作。

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49、sceiver requirements and architectures for TD-SCDMA UE RF transceiver requmements Technology and architectures for TD-SCDMA UE. Microwave and Millimeter Wave 2002. Proceedings.ICMMT 2002.2002 3rd International Conference on,17-19 Aug.2002. 附錄 （1）主程序 int

50、main(void) { // CPU_INT08U os_err; /* 禁止所有中斷 */ CPU_IntDis(); /* ucosII 初始化 */ OSInit(); /* 硬件平臺初始化 */ BSP_Init(); //建立主任務(wù)， 優(yōu)先級最高 建立這個(gè)任務(wù)另外一個(gè)用途是為了以后使用統(tǒng)計(jì)任務(wù) return (0); }

51、 （3） 任務(wù)設(shè)計(jì) /**************************************************************************** * 名 稱：static void App_TaskStart(void* p_arg) * 功 能：開始任務(wù)建立 * 入口參數(shù)：無 * 出口參數(shù)：無 * 說 明： * 調(diào)用方法：無 ****************************************************************************/ static void App_Task

52、Start(void* p_arg) { (void) p_arg; //初始化ucosII時(shí)鐘節(jié)拍 OS_CPU_SysTickInit(); //使能ucos 的統(tǒng)計(jì)任務(wù) #if (OS_TASK_STAT_EN > 0) OSStatInit(); //----統(tǒng)計(jì)任務(wù)初始化函數(shù) #endif App_TaskCreate(); //建立其他的任務(wù) while (1)

53、 { /* 100ms間隔LED閃爍 */ Led_ON(); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 100); Led_OFF(); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 100); } } /**************************************************************************** * 名 稱：static void App_TaskCreate(void) * 功 能：建立其余任務(wù)的函數(shù)

54、 * 入口參數(shù)：無 * 出口參數(shù)：無 * 說 明： * 調(diào)用方法：無 ****************************************************************************/ static void App_TaskCreate(void) { /* 建立用戶界面任務(wù) */ OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR); //進(jìn)行浮點(diǎn)

55、運(yùn)算等等。 /* 建立觸摸驅(qū)動(dòng)任務(wù) */ OSTaskCreateExt(AppTaskKbd, (void *)0, (OS_STK *)&AppTaskKbdStk[APP_TASK_KBD_STK_SIZE-1], APP_TASK_KBD_PRIO, APP_TASK_KBD_PRIO, (OS_STK *)&AppTaskKbdStk[0], APP_TASK_KBD_STK_SIZE,

56、 (void *)0, OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR); } /**************************************************************************** * 名 稱：static void AppTaskUserIF (void *p_arg) * 功 能：用戶界面任務(wù) * 入口參數(shù)：無 * 出口參數(shù)：無 * 說 明： * 調(diào)用方法：無 *******************

57、*********************************************************/ static void AppTaskUserIF (void *p_arg) { (void)p_arg; GUI_Init(); //ucgui初始化 while(1) { Fun(); //界面主程序 } } /********************************************************

58、******************** * 名 稱：static void AppTaskKbd (void *p_arg) * 功 能：觸摸屏坐標(biāo)獲取 * 入口參數(shù)：無 * 出口參數(shù)：無 * 說 明： * 調(diào)用方法：無 ****************************************************************************/ static void AppTaskKbd (void *p_arg) { (void)p_arg; while(1) { /

59、* 延時(shí)10ms會讀取一次觸摸坐標(biāo) */ OSTimeDlyHMSM(0,0,0,10); GUI_TOUCH_Exec(); } } （3）中斷服務(wù)子程序 void SysTickHandler(void) } void EXTI0_IRQHandler(void) { unsigned char status; OS_CPU_SR cpu_sr; OS_ENTER_CRITICAL(); //保存全局中斷標(biāo)志,關(guān)總中斷 Tell uC/OS-II that we are starti

60、ng an ISR OSIntNesting++; OS_EXIT_CRITICAL(); //恢復(fù)全局中斷標(biāo)志 if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) //判斷是否產(chǎn)生了EXTI0中斷 { if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_0)==0){ //判斷是否是PA0線變低 status = SPI_Read(READ_REG1+STATUS); // 讀取狀態(tài)寄存其來判斷數(shù)據(jù)接收狀況 if(status & 0x40)

61、 // 判斷是否接收到數(shù)據(jù) { SPI_Read_Buf(RD_RX_PLOAD,rx_buf,TX_PLOAD_WIDTH); //從接收緩沖區(qū)里讀出數(shù)據(jù) if((status & 0x0e) <= 0x0a) { nrf_Pipe_r=(status&0x0e)>>1; //讀出是在哪個(gè)通道接收的 } else { nrf_Pipe_r=0; } Rx_Succ = 1; //讀取數(shù)據(jù)完成標(biāo)

62、志 /* 根據(jù)讀出的接收通道號，將相應(yīng)信息寫入狀態(tài)文本緩沖區(qū) */ if(nrf_Pipe_r==0) memcpy(status_buf, "Pipe 0 Recive OK! ", 20); else if(nrf_Pipe_r==1) memcpy(status_buf, "Pipe 1 Recive OK! ", 20); else if(nrf_Pipe_r==2) memcpy(status_buf, "Pipe 2 Recive OK! ", 20); else if(nrf_Pipe_r==3) memcpy(stat

63、us_buf, "Pipe 3 Recive OK! ", 20); else if(nrf_Pipe_r==4) memcpy(status_buf, "Pipe 4 Recive OK! ", 20); else if(nrf_Pipe_r==5) memcpy(status_buf, "Pipe 5 Recive OK! ", 20); } else if((status &0x10) > 0) { //發(fā)射達(dá)到最大復(fù)發(fā)次數(shù) SPI_RW_Reg(0xe1,0); //清除發(fā)送緩沖區(qū)

64、RX_Mode(); //進(jìn)入接收模式 Rx_Succ=1; /* 根據(jù)發(fā)送通道，將相應(yīng)信息寫入狀態(tài)文本緩沖區(qū) */ if(nrf_Pipe==0) memcpy(status_buf, "Pipe 0 NO ACK! ", 20); else if(nrf_Pipe==1) memcpy(status_buf, "Pipe 1 NO ACK! ", 20); else if(nrf_Pipe==2) memcpy(status_buf, "Pipe 2 NO ACK!

65、 ", 20); else if(nrf_Pipe==3) memcpy(status_buf, "Pipe 3 NO ACK! ", 20); else if(nrf_Pipe==4) memcpy(status_buf, "Pipe 4 NO ACK! ", 20); else if(nrf_Pipe==5) memcpy(status_buf, "Pipe 5 NO ACK! ", 20); } else if((status &0x20) > 0) { //發(fā)射后收到應(yīng)答 S

66、PI_RW_Reg(0xe1,0); //清除發(fā)送緩沖區(qū) RX_Mode(); //進(jìn)入接收模式 Rx_Succ=1; /* 根據(jù)發(fā)送通道，將相應(yīng)信息寫入狀態(tài)文本緩沖區(qū) */ if(nrf_Pipe==0) memcpy(status_buf, "Pipe 0 Send OK! ", 20); else if(nrf_Pipe==1) memcpy(status_buf, "Pipe 1 Send OK! ", 20); else if(nrf_Pipe==2) memcpy(status_buf, "Pipe 2 Send OK! ", 20); else if(nrf_Pipe==3) memcpy(status_buf, "Pipe 3 Send OK! ", 20); else if(nrf_Pipe==4) memcpy(status_buf, "Pipe 4 Send OK! ", 20); else if(nrf_Pi