宽带无线通信射频收发前端设计

近年来,宽带无线通信由于其平均功率低、频谱利用率高、保密性好及多径分辨能力强,已成为全球通信领域研究的热点技术。

宽带无线通信系统(BWCS)主要由RF前端、数据调制解调、通信协议及相关算法部分组成,其中RF前端是关键部分。本文设计了一种TDD模式无线宽带射频子系统,该系统可实现收发通道RF前端的所有功能,能够满足SC2FDE调制信号的收发要求,可应用于应急通信、指挥调度、无线监控、野外作业、海上作业等多媒体传输方案中,可实现点对点同频双工宽带传输,且该系统中内置GPS模块,通过定位算法向中心站上传位置信息,图1为RF前端结构框图。

图1　RF前端结构框图

1　RF系统设计要求

1. 1　设计指标

BWCS工作频段: 325 MHz～355 MHz,信道带宽为8 MHz,根据BWCS通信要求规划RF收发信道的性能指标,表1为RF收发信道设计指标要求。

表1　RF收发信道指标

1. 2接收机RF设计要求

接收机要求在引入失真最小的情况下,将接收到的信号转化为有用信息。噪声和干扰是影响接收机性能的无用信号,接收机输出有用信号要大于无用信号一定的功率,即满足最小信噪比要求。

灵敏度是保证接收机输出达到最小信噪比的最小输入功率值,噪声系数是整个接收机系统的噪声值,噪声系数和灵敏度之间的关系为:

其中NF为噪声系数, Pmin为灵敏度, SNRmin为最小信噪比。

动态范围是接收机接收信号功率的最大值与最小值的差值,用公式表示为:

DR为动态范围, Pmax为最大可接收信号功率值, Pmin为最小可接收信号功率值。

1. 3　发射机RF设计要求

发射机是将基带信号变频到射频信号,并放大到足够的功率发射,发射功率和邻道抑制是发射机两个重要的指标。

发射功率的设定和系统的通信距离、调制方式、最小信噪比、工作环境等有关,功率太小达不到最低信噪比的要求,功率太大将对邻道产生干扰。

发射机的非线性特性将产生很多谐波成分,邻道抑制是对谐波要求的指标,要求谐波功率小于有用信道功率一定值。

2　设计思路及实现方案

本文采用超外差模式实现收发机RF前端,接收与发射采用TDD模式切换,通过两次变频达到所需频段,收发射频信号频段为325MHz～355MHz,信道带宽8MHz,中频为10MHz。