一種高集成度TDD模式射頻收發(fā)模塊

杜德棚

摘 要：文章介紹了一種高集成度TDD模式的射頻收發(fā)模塊，在移動(dòng)通信的F頻段（2 015～2 025 MHz），實(shí)現(xiàn)射頻與數(shù)字基帶互相轉(zhuǎn)換，Tx功率達(dá)到2 W，接收NF小于2.1 dB，收發(fā)EVM指標(biāo)全面達(dá)到要求。

關(guān)鍵詞：高集成度；TDD模式；移動(dòng)通信；F頻段；射頻模塊；數(shù)字基帶

移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)正在飛速發(fā)展，高集成度的射頻收發(fā)模塊有非常重要的作用，可以有效縮小體積，降低設(shè)備成本。本文系統(tǒng)地介紹了一種高集成度TDD模式的射頻與基帶收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊，指標(biāo)全面達(dá)到要求。

1 整體架構(gòu)分析

1.1 整體框圖

射頻與基帶轉(zhuǎn)換模塊的框圖如圖1所示，工作在TDD模式。

1.2 接收端射頻方案

1.2.1 高速率（240 kbps）用零中頻方案

天線接收到的信號(hào)經(jīng)過收發(fā)開關(guān)進(jìn)入LNA，進(jìn)行低噪聲放大。信號(hào)經(jīng)過SAW濾波后通過AMP放大，降低后級(jí)混頻及基帶電路產(chǎn)生的噪聲干擾，之后經(jīng)過正交直接變頻為模擬基帶I/Q信號(hào)，通過濾波器LPF1進(jìn)行信道選擇，APGA提供可變?cè)鲆娣糯?，滿足信號(hào)AGC范圍。I/Q基帶信號(hào)經(jīng)過A/D采樣后以串行數(shù)字形式送給基帶處理芯片進(jìn)行解調(diào)。

在零中頻方案中，MIXER2和CHANNEL FILTER+GAIN會(huì)Bypass?；鶐酒ㄟ^解調(diào)確定實(shí)測(cè)信號(hào)的幅度，產(chǎn)生AGC控制信號(hào)，并通過SPI將AGC控制信號(hào)寫入射頻芯片的寄存器，調(diào)整可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬉詽M足基帶信號(hào)電平的要求。直流誤差補(bǔ)償環(huán)路和鏡像抑制電路在射頻芯片中實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)完成直流誤差補(bǔ)償和鏡像抑制補(bǔ)償。

1.2.2 低速率（16 kbps）用低中頻方案

在低中頻方案中，MIXER2和CHANNEL FILTER+GAIN會(huì)使能，MIXER2之前的工作原理與零中頻方案相同。中頻I/Q信號(hào)進(jìn)入ADC，A/D采樣后經(jīng)數(shù)字混頻器解調(diào)至基帶，再經(jīng)過多相濾波器濾除鏡像頻率，經(jīng)并串轉(zhuǎn)換后輸出。

1.3 發(fā)射通道方案

發(fā)射采用零中頻方案，從基帶芯片送來的串行數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行信號(hào)后，通過射頻芯片DAC部分轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)并放大濾波，上變頻部分MIXER3將基帶模擬信號(hào)調(diào)制到射頻發(fā)射頻率，放大部分PPA對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行放大。發(fā)射SAW波器濾除帶外噪聲，減少發(fā)射雜散和噪聲，滿足雜散輻射要求。2 W功放芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)功率放大，最后通過射頻收發(fā)開關(guān)進(jìn)入天線。

2 指標(biāo)分析

2.1 接收鏈路指標(biāo)分析

2.1.1 計(jì)算噪聲系數(shù)

接收機(jī)的靈敏度需求為：-124dBm@BW=21.6 kHz；其中占用帶寬是21.6 kHz，有用帶寬為16 kHz，應(yīng)該以有用帶寬計(jì)算靈敏度。

根據(jù)靈敏度計(jì)算公式：

=-174 dBm/Hz +10 Log（BW）+ NF + SNR；由于基帶可以解調(diào)的SNR=3.7 dB，

可得：NF=+174 dBm/Hz -10 Log（BW）-SNR

=-124 dBm-（-174 dBm/Hz）-10 log（16 kHz）-3.7 dB

=4.26 dB

由以上結(jié)果，有NF<4.26 dB，相對(duì)于系統(tǒng)要求的NF<3 dB，余量為 1.26 dB。

2.1.2 鏈路仿真結(jié)果

靈敏度仿、NF和Gain仿真結(jié)果如圖2所示。

仿真結(jié)論表明，NF=2.03 dB，靈敏度=-126.2 dB，達(dá)到要求。

2.2 發(fā)射鏈路指標(biāo)分析

Tx鏈路的仿真結(jié)果如圖 3所示。

由于射頻芯片的Tx最大輸出功率為7.5 dBm，且當(dāng)Pout>0 dBm時(shí)，Tx會(huì)出現(xiàn)非線性產(chǎn)物，在Tx載波附近會(huì)逐漸出現(xiàn)雜散。為了減小非線性產(chǎn)物，射頻芯片的Pout應(yīng)回退，滿足Pout<0 dBm。

由于天線口輸出功率為33 dBm，且信號(hào)峰均比為3.7 dB，為了滿足功率和增益要求，選取高增益功放MAG 43 528，Gain=39.5 dB，OP1dB=36.5 dBm，即4.5 W。

鏈路總增益為36 dB，射頻芯片的Tx輸出功率為-3 dBm，滿足功率回退要求。

3 實(shí)測(cè)結(jié)果

3.1 接收通道噪聲系數(shù)

接收通道噪聲系數(shù)的測(cè)試結(jié)果如表1和圖4所示。噪聲系數(shù)計(jì)算方法：

NF（dB）=Pin-KT-C/N0

=（Pin-（-174 dBm/Hz））-（C/N0）

=50 dB-（C/N0）

其中，C/N0是基帶輸出信噪比。

3.2 接收通道I/Q輸出的EVM

接收通道I/Q輸出的EVM結(jié)果如表 2和圖 5所示。

3.3 發(fā)射通道的EVM

3.3.1 測(cè)試表格

發(fā)射通道的EVM測(cè)試結(jié)果如表 3和圖 6所示。

3.4 發(fā)射通道ACPR

測(cè)試條件和測(cè)試結(jié)果如表 4和圖 7所示。

4 結(jié)語

根據(jù)本方案設(shè)計(jì)的F頻段射頻收發(fā)模塊，實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)與數(shù)字基帶的轉(zhuǎn)換，性能指標(biāo)全面滿足要求，可以作為移動(dòng)通信終端的2 W射頻模塊，是移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要組成部分。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陳邦嬡.射頻通信電路[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[2]王文祥.微波工程技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014.

Abstract： This paper introduces a highly integrated TDD mode RF transceiver module. In F band （2 015-2 025 MHz） of the mobile communication， it actualizes the conversion of radio frequency signal and digital baseband signal， and Tx power reaches 2 W， Rx NF is less than 2.1 dB， Tx and Rx EVM fully meet the requirements.

Key words： highly integrated； TDD mode； mobile communication； F band； RF module； digital baseband