寬帶無(wú)線通信射頻收發(fā)前端設(shè)計(jì)研究

李宣宏

（維沃移動(dòng)通信有限公司，廣東 東莞 523861）

0 引 言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，移動(dòng)通信領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用效果受到了廣泛關(guān)注。為提升信息高速傳輸?shù)馁|(zhì)量水平，需要整合射頻（Radio Frequency，RF）技術(shù)內(nèi)容，為信號(hào)的傳遞和接收處理提供保障。

1 寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)概述

寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其平均功率較低，頻譜利用率較高，能建立較為安全的信息傳遞模式，最大程度上提高通信質(zhì)量。

1.1 組成部分

（1）基帶處理單元。作為寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其最關(guān)鍵的功能就是實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信道的編碼處理，并且配合補(bǔ)碼鍵控（Complementary Code Keying，CCK）調(diào)制解調(diào)、同步時(shí)鐘提取等模塊實(shí)現(xiàn)信息的控制和匯總。

（2）中頻處理單元。在寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)換，并且借助上下變頻控制實(shí)現(xiàn)射頻處理和中頻處理的轉(zhuǎn)換，從而最大程度上完成數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的互聯(lián)，維持寬帶無(wú)線通信工作的合理效果。

（3）射頻單元。作為信息傳輸?shù)暮诵模浒l(fā)送端能將語(yǔ)音信息、數(shù)據(jù)信息以及圖像信息等調(diào)制為匹配應(yīng)用的信號(hào)內(nèi)容，配合濾波處理、放大操作等環(huán)節(jié)就能快速完成信號(hào)的傳遞，保證發(fā)送的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。與此同時(shí)，射頻單元的接收端獲取射頻信號(hào)，在信號(hào)放大處理、濾波以及變頻分析等一系列操作結(jié)束后，就能將固定的中頻信號(hào)直接輸入到中頻處理模塊中，以便于后續(xù)開展對(duì)應(yīng)的信號(hào)信息處理工作，最大程度上維持寬帶無(wú)線通信射頻應(yīng)用的平衡性。

（4）協(xié)調(diào)與控制單元。其主要包括協(xié)調(diào)控制單元、數(shù)據(jù)組幀單元以及完整性檢測(cè)處理單元等，結(jié)合數(shù)據(jù)信息完成對(duì)應(yīng)接口的控制，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮侠硇?，也能有效保證數(shù)據(jù)應(yīng)用處理的規(guī)范效果[1]。

1.2 射頻發(fā)射系統(tǒng)工作原理

1.2.1 射頻發(fā)射機(jī)

射頻發(fā)射機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中主要是完成信號(hào)的發(fā)射工作，無(wú)線射頻處理要借助對(duì)應(yīng)的放大方式將變頻、濾波過(guò)程等進(jìn)行有效處理，以保證低頻基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻射頻信號(hào)。在實(shí)際轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，天線信號(hào)收集、調(diào)制器信號(hào)調(diào)制以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器信號(hào)轉(zhuǎn)換等工作相繼落實(shí)，從而建立有效的信號(hào)處理模式，確保傳遞信號(hào)的規(guī)范性和科學(xué)性，也能有效維持模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制等工作的基本效果。

射頻發(fā)射系統(tǒng)中，本振器是較為常見的元件，由數(shù)字分頻、鑒相器以及鎖相環(huán)等部分共同組成。信號(hào)在經(jīng)過(guò)調(diào)制處理后，要直接匯總在混頻器內(nèi)，配合濾波器完成信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻率的規(guī)范化控制。與此同時(shí)，利用數(shù)模轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換控制，確保電阻網(wǎng)絡(luò)以及基準(zhǔn)電源、模擬開關(guān)等都能有效開展相應(yīng)作業(yè)，維持整體控制的規(guī)范性和科學(xué)性。

除此之外，無(wú)線通信射頻發(fā)射機(jī)還配置了對(duì)應(yīng)的放大器，就是為了將信號(hào)的幅度數(shù)值、功率數(shù)據(jù)放大到相匹配的數(shù)值范圍內(nèi)，從而維持整體信息整合控制的合理性，保證功率放大器能為信號(hào)功率加載和發(fā)射等工作的全面落實(shí)予以保障。

以上都是為了滿足射頻發(fā)送性能指標(biāo)（見表1），完成信號(hào)的合理性傳輸控制。

表1 射頻發(fā)送系統(tǒng)性能指標(biāo)

1.2.2 射頻接收機(jī)

在射頻處理模式中，射頻接收機(jī)要對(duì)信號(hào)進(jìn)行集中的接收管理，并且對(duì)射頻發(fā)射機(jī)發(fā)送的相應(yīng)信號(hào)予以綜合管控，從而完成射頻到低頻信號(hào)的解調(diào)工作。在接收機(jī)應(yīng)用過(guò)程中，其所處的應(yīng)用環(huán)境為無(wú)線通信射頻收發(fā)的前端，依據(jù)應(yīng)用性能和結(jié)構(gòu)運(yùn)行的合理性等特點(diǎn)，保證相應(yīng)環(huán)節(jié)都能發(fā)揮作用。

一方面，在信號(hào)處理環(huán)節(jié)中，對(duì)接收信號(hào)質(zhì)量予以判定的同時(shí)要對(duì)設(shè)備的靈敏度、噪聲系數(shù)、信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍等內(nèi)容予以評(píng)估，保證調(diào)制和解調(diào)等工序的規(guī)范效果，最大程度上形成完整且科學(xué)的信號(hào)分析模式，保證無(wú)線通信系統(tǒng)性能水平得以優(yōu)化[2]。

另一方面，在天線接收到射頻信號(hào)并將其映射在相應(yīng)設(shè)備上時(shí)，能完成信號(hào)的放大處理。借助變頻處理的操作控制，就能將基礎(chǔ)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榈皖l基帶信號(hào)，并且完成基礎(chǔ)信號(hào)的調(diào)制解調(diào)處理，保證信號(hào)幅度得以有效增加，最終完成模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的控制工作。配合數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing，DSP）環(huán)節(jié)或后端設(shè)備的處理環(huán)節(jié)，信號(hào)就能有效呈現(xiàn)出來(lái)。

2 寬帶無(wú)線通信射頻收發(fā)前端設(shè)計(jì)內(nèi)容

對(duì)于寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)而言，射頻前端本身就是較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，不僅會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量形成作用，也會(huì)直接影響接收效果。在射頻前端設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中要確保收發(fā)通信射頻前端功能的規(guī)范性，并且滿足調(diào)制信號(hào)的收發(fā)應(yīng)用需求，最大程度上維持應(yīng)急通信、指揮調(diào)度的規(guī)范效果，匹配無(wú)線監(jiān)控等相應(yīng)操作模式，保證對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)水準(zhǔn)都能貼合寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。射頻收發(fā)前端結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 射頻收發(fā)前端結(jié)構(gòu)示意

2.1 模塊設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)要求

為了保證寬帶無(wú)線通信射頻收發(fā)前端設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的合理性，要結(jié)合設(shè)計(jì)要求和具體設(shè)計(jì)內(nèi)容開展對(duì)應(yīng)工作，保證各個(gè)模塊設(shè)計(jì)體系的規(guī)范性，并且要對(duì)電源電壓進(jìn)行合理性控制，一般是采取5 V電源完成寬帶無(wú)線通信射頻收發(fā)前端設(shè)備的處理工作。與此同時(shí)，發(fā)射機(jī)基帶信號(hào)變頻為射頻信號(hào)，在發(fā)射的過(guò)程中滿足射頻的應(yīng)用性能，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效放大，維持良好的功率發(fā)射效果[3]。

一方面，要對(duì)光源調(diào)制予以系統(tǒng)分析。（1）直接調(diào)制，將傳達(dá)的信息直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)，并注入漏電監(jiān)測(cè)模塊和發(fā)光二極管，響應(yīng)帶寬約為2.5 Gb/s。（2）數(shù)字調(diào)制，要結(jié)合調(diào)制應(yīng)用要求，有效選取偏置電流的參數(shù)，確保其滿足激光器閾值的同時(shí)，減少電光延遲時(shí)間，維持張弛振蕩，并獲取相應(yīng)的抑制處理。與此同時(shí)，加大直流偏置電流，也能保證信號(hào)消光比靈敏度得以提升[4]。（3）外調(diào)制，在安裝驅(qū)動(dòng)電壓峰控制模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的基礎(chǔ)上，完成相關(guān)參數(shù)采集和處理工作，維持外調(diào)制的可控性。具體模塊參數(shù)見表2。

表2 外調(diào)制高速驅(qū)動(dòng)模塊

另一方面，要結(jié)合發(fā)射機(jī)應(yīng)用要求，對(duì)基帶信號(hào)變頻到射頻信號(hào)的過(guò)程予以控制，確保信號(hào)能被放大到適當(dāng)?shù)墓β?，保證發(fā)射功率和鄰道抑制等環(huán)節(jié)都能滿足實(shí)際應(yīng)用規(guī)范，減少信號(hào)傳遞不到位造成的影響[5]。

2.2 動(dòng)態(tài)性能分析

在寬帶無(wú)線通信射頻收發(fā)端設(shè)計(jì)體系中，要明確無(wú)線通信射頻發(fā)射和接收機(jī)動(dòng)態(tài)性能要求，以保證相應(yīng)的設(shè)計(jì)處理環(huán)節(jié)和控制環(huán)節(jié)都能落實(shí)到位，匹配相應(yīng)的整合模式，維持?jǐn)?shù)據(jù)信息的合理化。

一方面，在射頻發(fā)射機(jī)應(yīng)用運(yùn)行工作中，其動(dòng)態(tài)性能主要體現(xiàn)在發(fā)射功率和輻射范圍等方面，具有不同的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)特點(diǎn)和信息結(jié)構(gòu)特征，此時(shí)要明確其設(shè)計(jì)要素，就要確保特征管理的可行性，并且射頻發(fā)射機(jī)的性能情況和周圍環(huán)境也有著密切的聯(lián)系[6]。

另一方面，射頻接收機(jī)動(dòng)態(tài)性能主要集中在射頻前端接收信號(hào)的效率方面，常態(tài)運(yùn)行環(huán)境中，系統(tǒng)獲取相應(yīng)指令后會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)完成接收信號(hào)波段的分析和處理工作，并且對(duì)其進(jìn)行分類管理，評(píng)估頻率等基礎(chǔ)指標(biāo)參數(shù)，為系統(tǒng)辨別信號(hào)予以支持。

例如，無(wú)線通信系統(tǒng)接收機(jī)為超外差結(jié)構(gòu)模式，經(jīng)過(guò)2次下變頻處理工序后，射頻頻段為3.5 GHz，中頻頻段為100 MHz，信號(hào)要經(jīng)過(guò)濾波器濾波處理和低噪聲放大器處理，以便于配合本振混頻變頻完成中頻信號(hào)的控制工作，在IQ解調(diào)處理后完成數(shù)模轉(zhuǎn)換，有效結(jié)合變頻模式就能維持調(diào)制信號(hào)的控制工作。

2.3 端口設(shè)計(jì)

在信號(hào)接收和發(fā)射前端設(shè)計(jì)體系中，要設(shè)置射頻收發(fā)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，并且結(jié)合指標(biāo)要求完成數(shù)值的調(diào)整和控制。與此同時(shí)，盡量削弱干擾無(wú)線通信信號(hào)的相關(guān)因素，有效建立可控的信號(hào)管理模式，維持信號(hào)數(shù)據(jù)的完整性和科學(xué)性。并且要對(duì)寬帶無(wú)線通信射頻信號(hào)的收發(fā)過(guò)程予以集中測(cè)試和處理，不僅要滿足既定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，也要符合射頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，維持接收處理和前端設(shè)計(jì)控制的一體性，最大程度上保證信號(hào)傳遞質(zhì)量和信號(hào)控制流程的規(guī)范效果[7]。

以零中頻接收方案為例，這種處理模式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程無(wú)鏡像系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，為了保證端口隔離度合理，要對(duì)直流漂移予以控制。系統(tǒng)仿真參數(shù)如下：信號(hào)帶寬為100 MHz；碼元速率為20 Mb/s；線性調(diào)頻起始頻率為0.95 GHz、截止頻率為1.05 GHz。采取調(diào)制處理的方式對(duì)頻率和頻譜強(qiáng)度關(guān)系進(jìn)行分析，見圖2。

圖2 混頻頻譜示意

與此同時(shí)，將每個(gè)子帶混頻調(diào)至零中頻，完成匹配濾波，提升準(zhǔn)確性，并實(shí)現(xiàn)低通采樣，最大程度上優(yōu)化通信數(shù)據(jù)資源的利用率，保持濾波器中心頻率的一致性[8]。

3 結(jié) 論

總而言之，要積極推廣寬帶無(wú)線通信射頻技術(shù)方案，優(yōu)化技術(shù)內(nèi)容的同時(shí)確保相應(yīng)設(shè)計(jì)模式和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，維持前端動(dòng)態(tài)功能，并建立更加科學(xué)合理的信息交互體系，促進(jìn)信號(hào)傳輸工作的全面進(jìn)步，為無(wú)線通信和諧發(fā)展提供保障。