簡述射頻裝置對無線通信的影響

導語：簡述射頻裝置對無線通信的影響一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：無線移動通信的射頻裝置一般采用雙載波系統，主要由電源單元、基帶單元和中射頻小信號單元和功放單元組成。介紹了無線移動通信射頻裝置硬件電路結構布局；分析了各模塊的功能實現和存在的影響，并針對影響因素，提出了硬件設計和測試解決的方法，通過硬件電路的合理設置和優化設計，不斷提升了射頻電路的靈敏度、可靠度以及安全性要求。

關鍵詞：無線通信；射頻裝置電路；硬件設計；影響因素分析；功能測試

隨著技術快速發展，人們對無線通信技術的依賴程度越來越高，手機、電腦、IPAD等無線電子產品成為人們生活、娛樂的一部分。而隨著移動通信技術的不斷升級，移動通信設備硬件結構趨于小型化、智能化、模塊化，產品性能日益穩定，日益滿足人們日常生活家居、智能醫療、智能交通、商業交往的需要，無論在軍事領域、生活領域都帶來了巨大的變化。作為無線通信硬件結構中重要的部件，射頻裝置的性能決定了整個移動通信產品的性能，射頻裝置的研究也一直成為技術人員不斷突破的關鍵技術之一。通過優化設計，不斷強化射頻裝置的接收和發送信號的功能，減少各種輻射以及干擾影響，全面提升設備整體性能，從而滿足提高頻率資源的利用率，提升系統的穩定性，增強系統容量，解決系統操作的靈活性和安全性，滿足不同層次的需求。另外對射頻裝置硬件的混頻器、濾波器、D/A、A/D轉換器進行合理設置，不斷提升接收機的靈敏度、可靠度以及安全性要求[1]。

1射頻裝置結構布局

無線移動通信的射頻裝置一般采用雙載波系統，主要由電源單元、基帶單元和中射頻小信號單元和功放單元組成。射頻小信號部分由相對獨立的兩個收發載波組成。發射單元首將基帶單元送來的I&Q信號一次上變頻到發射頻點上，經DVGA放大，功率放大，直接送到天饋系統發射出去。或者兩個載波功率采用PBT的方式合路，再送到天饋系統發射出去；同時具有22個功率等級控制功能。接收部分將天線接收下來的微弱信號，經濾波放大分路后，送入雙混頻器下變頻至71MHz，濾波后，送入基帶單元解調出I/Q信號進行數字信號處理。中射頻小信號單元由中頻單元、發射單元、接收單元和頻率源單元四個部分組成。環測功能由DVGA自身集成的混頻器與其它電路配合完成[2]。在硬件電路設計上，采用集成模塊化設計思路，盡量減少電路容積和體積，分立模塊實現的電源、小信號、功放等整合到一塊電路板上，大大提高了集成度。

2射頻裝置功能及對通信系統影響

2.1射頻裝置中頻結構。中頻部分包括ADC上行模塊、DAC下行模塊、功放功率檢測和功放靜態電流檢測模塊、功放柵壓控制模塊四個模塊。DAC把基帶送來的信號轉換為模擬IQ輸出至射頻調制器；AD6650完成一個載頻的接收主分集的中頻信號處理，輸出2倍符號速率的24bit基帶IQ數據送到DSP進行均衡解調處理；功率檢測電路把射頻檢波過來的電壓信號經AD轉換后送給基帶處理；功放柵壓控制電路檢測功率放大器的靜態工作電流，反饋給基帶處理，基帶對靜態電流進行調整。2.2射頻發射通道功能及影響。射頻裝置發射通道采用直接變頻方案。首先由FPGA產生GMSK/8PSK已調數字IQ信號，送給DAC產生模擬I/Q信號，通過調制器直接把I/Q信號調制到GSM發射頻段，發射信號經濾波放大后推動功放產生60W/GMSK或40W/8PSK兩路輸出功率信號，或經合路電橋合并為一路，再經過射頻前端單元的雙工濾波器送往天線發射出去。載頻外部合路單元DCOM，已經在載頻內部合路器使用，而在系統應用時還需再次合路時才能使用。下行方案采用直接變頻方案，數據速率較低，所以對DA器件的要求較低。實際設計中基帶IQ數據速率和時鐘速率都只有6.5MHz，故利用到的DA帶寬只有6.5MSPS。基帶數字IQ經DA器件轉成模擬IQ輸出。系統設計要求DAC輸出的模擬IQ信號峰峰值(VPP)為0-1.4V，直流偏置(DCBias)為0.5V。根據模數轉換理論，由于采樣脈沖非理想，有一定的寬度，輸出信號包絡會受Sinc函數調制。所以DAC輸出的模擬IQ信號在頻域會產生鏡像信號，DAC輸出需要加一個重建濾波器濾除鏡像頻率，另外該濾波器對遠端雜散也有一定的抑制作用。為保證帶內平坦，低通濾波器設計為巴特沃茲型。經過仿真和測試，濾波器要達到63dB的抑制，至少需要5階。DAC輸出的模擬IQ為差分形式，濾波器設計為5階差分LC低通濾波電路。2.3射頻接收通道功能及影響。天線接收的信號，經射頻前端的低噪聲放大器放大后，經DDPU送到載頻接收輸入端。在載頻內接收通道僅通過一次下變頻到中頻頻段211MHz，再經中頻聲表濾波器濾波后送到基帶接收中頻處理單元進行AGC放大、IQ解調、基帶IQ采樣和數字處理。整個下行通道的增益調整也由芯片max2059完成。其外圍電路均按照器件資料建議的設計，保證足夠的性能同時不增加冗余設計，包括電源的濾波，衰減器和放大器之間的隔直或匹配電容、外部電阻的精度等。考慮到52MHzVCO對整個收發信道的影響，例如和104MHz參考信號的諧波以及發射本振源或接收本振源混頻產生在發射或接收帶內，必須加強該路104MHz信號的隔離和諧波的濾波。基站正常工作時，需關閉環測本振源，以防環測本振源引起的各種干擾。在典型情況下，器件工作點回退最低處在MAX9995處。對于GMSK信號，回退0.8dB，由于GMSK信號恒包絡，因此不影響解調。對于8PSK信號，各級回退都在10dB以上，滿足設計要求。依靠BAV99的限幅作用，保證兩種情況下到達AD6650的信號電平均低于AD6650的滿刻度輸入電平7dBm，AD6650工作不受影響[3]。射頻接收通道的阻塞與雜散響應來自三個途徑影響：（1）混頻器高階混頻產物；（2）本振相噪通過倒易混頻干擾有用信號；（3）中頻信號采樣混疊。其中，中頻信號采樣混疊問題在采用52M采樣速率后可消除。2.4射頻裝置頻率源功能及影響。射頻裝置由雙載波組成，所以其頻率源由三部分組成，分別為二個發射射頻頻率源、二個接收射頻頻率源、一個52MHz時鐘頻率源。其功能是完成協議規定的正常輸出頻點以及實現協議規定的時隙跳頻。單板使用的頻綜是快鎖型的，跳頻的實現是由頻綜在保護時隙內完成，所以頻綜數量就減少了一半。影響頻譜模板的主要因素有:（1）基帶I&Q的頻譜模板；（2）發射本振相噪和雜散；（3）發射機的非線性頻譜擴散，包括調制器、放大器的非線性，主要影響6MHz內；（4）發射機底噪影響載波遠端頻譜。2.5環測功能及影響。射頻裝置發射通道環回測試功能的實現，環測信號取自IQ調制器的輸出，采用DVGA芯片中集成的混頻器，通過在環測時隙選通DVGA內部開關控制。同時采用參考時鐘的二次諧波替代環測本振，發射頻段RF信號衰減到一定的電平，再將此信號搬移104MHz到相應的接收頻段，通過耦合器將環回的測試信號耦合到主分集接收通道進行接收處理。為了減少功耗以及環測頻率源帶來的干擾以及環測功能主要起維護作用，所以載波正常工作時，關斷環測功能電路，防止帶來單板干擾。環測時利用一路104MHz信號作為本振，由于104MHz比DSC1800上下行頻率間隔95MHz大了9MHz，所以在環測時隙基帶控制發射信號頻點提高104-95MHz=9MHz，混頻后的信號為對應的接收頻點。接收頻點衰減一定值后，再經過30dB的電阻耦合器輸入到接收通道，最終由基帶處理。影響EVM的主要因素有:（1）I&Q調制器的載波抑制度、I&Q平衡度、載波正交度；（2）載波的相位噪聲；（3）非線性幅度壓縮和幅相轉換；（4）通道相頻特性畸變和幅頻特性畸變。環測104MHz參考時鐘的濾波電路時，采用三階帶通濾波器L1=L3=22nH，C1=C3=100pF、L2=180nH、C2=12pF。如圖1所示仿真電路。2.6功率放大功能及影響。功放主要實現以下功能：將DBRU發射單元輸出的兩路TXA、TXB信號分別放大到所需要的功率等級，輸出給雙工器，通過天饋口發射出去；或者將放大后的信號進行功率合成，將功率從合路口輸出給雙工器，再通過天饋口發射出去[4]。主要功能如表1所示。射頻裝置功放電路數字偏置部分，利用電流檢測電路對功率放大器的靜態工作電流進行采樣，ADC將采集到的模擬電壓信號轉化為數字信號，送給控制器進行處理，控制器處理后發出控制信號，DAC將該控制信號轉換為模擬電壓信號，控制功率放大器的柵極，調整功率放大器的靜態工作電流。功放為兩級級聯，為改善級間匹配，在驅動級和輸出級間加入隔離器，輸出用雙節隔離器保護，輸出采用開關連接器完成單獨或合路輸出的選擇。

3結論

射頻裝置在無線通信設計中，涉及重要的硬件電路布局、元器件參數、工藝焊接、EMC設計等影響，因此在設計過程需要統籌考慮，盡量減少各種影響，從而增強通信系統的整體功能，滿足人民多方面需求。

參考文獻

[1]高金河.基于射頻的無線通信技術研究[J].工程技術(全文版),2013(17):00281-00281.

[2]劉中奇.淺析射頻裝置對無線通信的影響[J].數字技術與應用,2017(3):34-35.

[3]陳君.無線通信系統中的抗干擾技術[J].通信電源技術,2014,31(5):33-35.

[4]舒浩.新一代無線通信射頻收發機系統的研究和實現[D].西安電子科技大學.

[5]王超,張鵬.2.4GHz自定義手持射頻通信系統設計與實現[J].電子制作,2018(23):57-59.

作者:龔樂 單位:廣州海格通信集團股份有限公司