专利名称：基于软件无线电的多模多频带射频机载微微蜂窝通信系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于软件无线电的多模多频带射频机载微微蜂窝通信系统， 属于一种可适用于现行无线通信服务的射频前端子系统的技术领域。
背景技术：
随着无线通信技术的不断发展和社会需求的日益增长，包括移动电话、无线寻呼、 卫星通信等在内的无线通信得到了越来越广泛的普及和应用，并展示出广阔的市场前景。 从全球范围来看，无线通信用户的年增量和增速都在持续逐年大幅度增长，无线通信已经 进入规模化发展的阶段。射频前端系统是无线通信收发系统中的重要组成部分，一般作用 为将接收到的射频信号下变频至中频信号，以便于进一步处理并回复信号；或者将中频信 号上变频至微波毫米波信号，以便于其在空间传播。现今多种主要的无线通信系统的工作频率范围覆盖了从400MHz到6GHz的多个频 段。为了实现可以兼容多种无线通信体制的设备，多模式多频带射频系统是一个关键部件。 在现代社会，无线通信系统提供方便的服务，例如蜂窝移动通信系统(CDMA、GSM、WCDMA、 TD-SCDMA)，无线局域网(WLAN)，短距离通信系统(蓝牙、UffB)，在飞机上，当使用机载无线 通信服务时，可能会同时使用许多不同的系统。现有技术存在的缺陷和不足众所周知，许多民用无线电通信设备必须在飞机上 处于关机状态，因为其许多工作频段和飞机的导航系统频段重叠的，所以这些通信设备是 被禁止使用的，以免对飞机的飞行产生影响。但在飞机的导航频段外，还有很宽的频段可以 被用做宽带通信使用。因此如果能充分利用这些频段，方便地提供很好的数据，音频和视频 的传输服务，那么机载无线通信将是非常具有吸引力的。而现行的射频系统仍然没有应用 于飞机航行时这种特殊的工作环境。
发明内容本实用新型目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种基于软件无线电的多模多 频带射频机载微微蜂窝通信系统。本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案—种基于软件无线电的多模多频带射频机载微微蜂窝通信系统，包括控制系统、 GSM/CDMA子系统和WLAN 2. 4/5. 0子系统；所述GSM/CDMA子系统发射部分——包括依次连接的I/Q调制器、放大器、可控衰减器和功率放大器；所 述I/Q调制器前端皆有两个运算放大器，两个运算放大器来把两个单端正交的数字中频信 号变成两对差分信号来驱动I/Q调制器；接收部分一包括依次连接的射频前端、中频滤波器、中频链路和混频器；本振部分一分别为接收部分的射频前端提供第一本振、接收部分的混频器提供 第二本振、发射部分的调制器提供第三本振；[0012]天线与发射部分、接收部分之间还通过选择开关设有两个双工器，两个双工器分 别对应GSM和CDMA通道；两个双工器与发射部分、接收部分之间分别还设有选择开关；所述WLAN 2. 4/5. 0 子系统发射部分——包括依次连接的混频器、中频滤波器、放大器、可控衰减器和功率放 大器；接收部分——包括依次连接的中频滤波器、中频链路和混频器；天线与发射部分和接收部分之间设有射频前端，射频前端通过选择开关分别连接 发射部分和接收部分；本振部分——为射频前端提供第一本振、为发射部分和接受部分的混频器提供第 二本振；所述控制系统包括单片机和复杂可编程逻辑器件；单片机输出频率选择信号给各个子系统的本 振模块，以及输出控制信号给复杂可编程逻辑器件，进而由复杂可编程逻辑器件输出控制 信号给两个子系统的各个选择开关和各个可控衰减器。单片机与复杂可编程逻辑器件之间的通信由八根地址线完成。所述GSM/CDMA子系统的接收部分中，中频链路是由两两间隔设置的三级放大器 和两级可控增益放大器构成；复杂可编程逻辑器件输出两个可控增益放大器的控制信号。所述GSM/CDMA子系统的接收部分中，混频器的后端连接有低通滤波器。所述WLAN 2. 4/5. 0子系统的接收部分中，中频链路是由两两间隔设置的三级放 大器和两级可控增益放大器构成；复杂可编程逻辑器件输出两个可控增益放大器的控制信 号。所述WLAN 2. 4/5. 0子系统的接收部分中，混频器的后端连接有低通滤波器。针对现有技术的不足本实用新型的技术效果和有益效果为现今多种主要的无线通信系统的工作频率范围覆盖了从400MHz到6GHz的多 个频段。为了实现可以兼容多种无线通信体制的设备，多模式多频带射频机载微微蜂窝 通信系统是一个关键部件。该射频系统能够支持多种无线通信服务，如GSM/CDMA移动 通信系统，WLAN无线局域网系统等等，工作频带为GSM(9!35 960MHz/890 915MHz)， CDMA(824 849MHz/869 894MHz)，802. llb/g(WLAN2. 412 2. 472GHz)和 802. lla(WLAN 5. 0 5. 8GHz)，信道带宽根据不同的通信工作模式是可变的，支持GMSK，CDMA2000, QPSK， QAM16/64，0FDM-QAM64等多种模式，最大的信道带宽可达20MHz。
图1是本实用新型实施例的系统原理图。图2是GSM/CDMA发射模块的电路原理图。图3是GSM/CDMA接收模块的电路原理图。图4是WLAN2. 4/5. 0发射模块的电路原理图。图5是WLAN2. 4/5. 0接收模块的电路原理图。图6是CDMA/GSM系统的本振部分示意图。图7是WLAN2. 4本振部分示意图。[0034]图8是WLAN5. 0本振部分示意图。
具体实施方式
以下结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明如图1所示，本例的基于软件无线电的多模多频带射频机载微微蜂窝通信系统， 包括GSM/CDMA系统模块、WLAN系统模块和控制系统，其中GSM/CDMA 系统接收模块由开关、双工器、射频前端、低噪声放大器、中频滤波器、第一可变增益放 大器、放大器、第二可变增益放大器、混频器和运算放大器依次串联组成；发射模块中调制器的输入端接两个运算放大器输出端，调制器的输出端依次串接 放大器、可控衰减器、功率放大器，开关和双工器。WLAN 系统接收模块由射频滤波器、射频前端、开关、低噪声放大器、中频滤波器、第一可变增 益放大器、放大器、第二可变增益放大器、混频器依次串联组成；发射模块中混频器的输入端接数字中频输出端，混频器的输出端依次串接放大 器、可控衰减器、功率放大器，开关和射频前端。控制系统控制系统由单片机和复杂可编程逻辑器件组成。单片机主要功能为频率选择，复 杂可编程逻辑器件主要功能为增益/功率控制和开关的选择。单片机与复杂可编程逻辑器 件之间的通信由八根地址线完成。下面对各个系统逐一进行说明一、GSM/CDMA 系统模块由于本系统的特殊性即工作频带为800MHz到6GHz，频带范围很宽，为了便于采用 较小的尺寸实现，降低系统的复杂性，并且满足多模多频的要求，本系统模块发射和接收部 分分别采用了数字中频直接调制到射频方式和二次变频方式。发射部分数字中频直接调制方式中的正交调制器的功能是将I/Q数字中频信号直接搬移 到射频载波信号。其主要的技术指标为载波抑制、边带抑制和IMD3。在实际情况下，由于 集成电路内部的不平衡，调制器的载波抑制和边带抑制特性会受到影响。为了满足本系统高速率和宽工作频带的性能指标，必须要选用高性能的I/Q调制 器。本实用新型选用的调制器是TI公司的TRF3703，这是一款宽带正交调制器，它的应用范 围在400MHz-4GHz，并且有很好的相位噪声特性和幅度平衡特性。因此非常适用于数字中 频直接调制方式电路设计。TRF3703的四个基带信号输入端(BBIP，BBIN，BBQP，and BBQN) 必须由两对差分信号驱动才能获得更好的调制性能。而从基带获得的两路I/Q信号是两个 单端信号，不满足条件。为了满足TRF3703的信号输入端驱动要求，本实用新型选用了一款 运算放大器来完成这个任务，即使用两个运算放大器来把两个单端正交的数字中频信号变 成两对差分信号来驱动TRF3703。同时也可以用这两个运算放大器对基带输入信号进行放 大，已达到更好的调制效果。这里本实用新型选用的是AD公司的AD8045。AD8045是一种 低成本的具有单端输入和差模输出的放大器，其具有低失真、低功耗、相位平衡等优点，它可用电阻来控制增益。AD8045有其独特的内部反馈，可以调整输出增益。当AD8045工作在 5MHz时，无杂散动态范围为-IOldBc,工作在IOMHz时，三阶交调为43dBm。AD8045为差模 信号操作方式时，可以以大地为参考电平，故而受地面噪声的影响很小。为了减小系统体积，并且更好地抑制镜像频率，根据TRF3703结构原理图，本实 用新型采用2个AD8045产生幅度相同，相位正交⑴路超前90° )的数字中频信号，利 用TRF3703芯片，根据式1推导，采用高本振方案，设计镜像抑制混频器，镜频抑制达 到-30dB。在调制器输出端接入一级低噪声放大器，本实用新型选用的是Avago公司的 MGA53543作为功率放大器的推动级。MGA53543在800_1000MHz的增益为17dB，且输入功 率IdB压缩点为19. 3dBm，适合作为下一级功放的推动级。为了达到30dB的动态范围，本 实用新型选用Peregrine公司的PE4302芯片作为可控衰减器。在PE4302输出端接入功 率放大器。本实用新型选用的是RFMD公司的SPB2(^6Z，此芯片是一款高线性，低损耗和高 稳定性的AB类功放。在GSM/CDMA工作频带内增益为14. 8dB, IdB压缩点为33. 6dBm, IM3 为-46dBc。本实用新型发射部分没有射频滤波器，而采用双工器作为射频滤波，大大减小了 系统的体积。LO COSWlJ -^· <, >
L0 [cos(wLOf-^/2jI :coswBtQ :sinwBt......式 1a coswL01X coswBt = cos (wL0+wB) t+cos (wL0-wB) tb :cos (wLOt- τι /2) X sinwBt = -cos (wL0+wB) t+cos (wL0-wB) ta+b = cos (wL0_wB) t整个发射模块实现的电路原理图如图2所示通过测试发射芯片的关键性能，用信号发生器发出码率为200KHz/l. 2288MHz的 GMSK和CDMA20001X(9channel和pilot调制方式)信号进行测试。经过调试，从整个工作 频带内测得输出端口调制发射的射频信号星座图与EVM来看，CDMA和GSM系统的EVM性能 分别优于3%和2%，满足基站发射系统要求。接收模块为了便于采用较小的尺寸实现，降低系统的复杂性，并且满足多模多频的要求， 在接收模块中采用了二次变频解调方式。射频信号由通用的GSM/CDMA频段首先解调至 183. 6MHz，然后再次搬移至数字中频36MHz。为了满足本系统双系统时分复用的性能指标，必须要选用高性能开关。本实用新 型选用的开关是Hittite公司的HMC536，其应用范围在DC-6GHZ，变频损耗为-0. 5dB，切换 时间小于15ns，射频信号经开关HMC536选择后进入射频前端芯片对信号进行增益补偿和 第一次变频，本实用新型选用的射频前端芯片是MAX2358，其集低噪放与下变频器功能于一 体。MAX2358在GSM/CDMA频段可以提供25dB的增益，1. 91dB的噪声系数，其中频输出为 183. 6MHz。为了消除镜频信号的干扰，本实用新型采用EPCOS公司的声表面滤波器B5201， 其中心频率为183. 6MHz，带宽1. 36MHz，带内波动0. 4dB，插入损耗为IOdB0为了补偿前级 的损耗，本实用新型选用Manford Microdevices公司的放大器SGA4563，在GSM/CDMA频段 提供^dB的增益。中频链路由三级放大器和两级可控增益放大器组成，可以提供-IOOdB到-40dB的动态范围。其可变增益由控制系统中的可编程逻辑器件控制，可以根据系统和 用户的需求调节控制字来实现。在中频链路后，为了得到数字中频36MHz，本实用新型选用 linear公司的混频器LT5517，其提供3dB的变频增益和-SOdBm的本振-射频泄露。接收 模块的末端采用集总元件滤除本振泄露到中频的干扰和镜像频率，整个接收模块实现的电 路原理图如图5所示。通过测试接收芯片的关键性能，并结合最终的EVM测试对解调模块进行了细微的 调整。测试时系统采用信号发生器产生800MHz-lGHz，-100 _40dBm的GMSK和CDMA20001x 信号进行测试，从整个工作频带内测得输出端口解调接收的基带信号星座图与EVM来看， CDMA和GSM系统的EVM性能分别优于4%和2%，满足基站接收系统要求。本振模块实际电路中，由于需要在800MHz-lGHz提供稳定、低相位噪声的本振信号，单片的 锁相环频率合成器基本上不能满足以上的条件，所以使用多个锁相环频率合成器芯片组合 来产生系统所需要的本振信号。本实用新型选用2片Silicon Laboratories公司的Si4133 锁相环频率合成器芯片和一片Si4136锁相环频率合成器芯片组合来产生本振信号。这两款锁相环频率合成器芯片具体的频率合成范围如下Si4136芯片提供两个 射频频带RF1 2. 3GHz 到 2. 6GHz, RF2 2025MHz 到 2300MHz，和一个中频频带 IF :62. 5MHz 到1. OGHz0其中，RFl与RF2只能选择其一，但可与IF同时工作。Si4133芯片提供两个射 频频带:RF1 900MHz 到 1800MHz, RF2 :750MHz 到 1500MHz，和一个中频频带 IF :62. 5MHz 到 1. OGHz0其中，RFl与RF2同样只能选择其一，但也可与IF同时工作。这两款锁相环频率合 成器芯片具有高度的集成度，共包括三个完整的PLL结构，包括VC0，环路滤波器，鉴相器， 对参考源信号的可编程R分频器，对VCO输出的可编程N分频器以及IF信号输出的可编程 分频器完全集成在芯片内部，通过三根串行线接口进行PLL控制。CDMA/GSM系统的本振部 分示意图如图6所示。通过对三个锁相环频率合成器的组合使用，可以得到所需的本振信号。表1显示 了对三个锁相环频率合成器每个锁相环锁频范围分配情况表1锁相环频率合成器频率分配表
权利要求1.一种基于软件无线电的多模多频带射频机载微微蜂窝通信系统，其特征是包括控制 系统、GSM/CDMA子系统和WLAN 2. 4/5. 0子系统；所述GSM/CDMA子系统发射部分——包括依次连接的I/Q调制器、放大器、可控衰减器和功率放大器；所述I/ Q调制器前端皆有两个运算放大器，两个运算放大器来把两个单端正交的数字中频信号变 成两对差分信号来驱动I/Q调制器；接收部分——包括依次连接的射频前端、中频滤波器、中频链路和混频器； 本振部分——分别为接收部分的射频前端提供第一本振、接收部分的混频器提供第二 本振、发射部分的调制器提供第三本振；天线与发射部分、接收部分之间还通过选择开关设有两个双工器，两个双工器分别对 应GSM和CDMA通道；两个双工器与发射部分、接收部分之间分别还设有选择开关； 所述WLAN 2. 4/5. 0子系统发射部分——包括依次连接的混频器、中频滤波器、放大器、可控衰减器和功率放大器；接收部分——包括依次连接的中频滤波器、中频链路和混频器； 天线与发射部分和接收部分之间设有射频前端，射频前端通过选择开关分别连接发射 部分和接收部分；本振部分——为射频前端提供第一本振、为发射部分和接受部分的混频器提供第二本振；所述控制系统包括单片机和复杂可编程逻辑器件；单片机输出频率选择信号给各个子系统的本振模 块，以及输出控制信号给复杂可编程逻辑器件，进而由复杂可编程逻辑器件输出控制信号 给两个子系统的各个选择开关和各个可控衰减器。
2.根据权利要求1所述的基于软件无线电的多模多频带射频机载微微蜂窝通信系统， 其特征是所述GSM/CDMA子系统的接收部分中，中频链路是由两两间隔设置的三级放大器 和两级可控增益放大器构成；复杂可编程逻辑器件输出两个可控增益放大器的控制信号。
3.根据权利要求1所述的基于软件无线电的多模多频带射频机载微微蜂窝通信系统， 其特征是所述GSM/CDMA子系统的接收部分中，混频器的后端连接有低通滤波器。
4.根据权利要求1所述的基于软件无线电的多模多频带射频机载微微蜂窝通信系统， 其特征是所述WLAN 2. 4/5. 0子系统的接收部分中，中频链路是由两两间隔设置的三级放 大器和两级可控增益放大器构成；复杂可编程逻辑器件输出两个可控增益放大器的控制信 号。
5.根据权利要求1所述的基于软件无线电的多模多频带射频机载微微蜂窝通信系统， 其特征是所述WLAN 2. 4/5. 0子系统的接收部分中，混频器的后端连接有低通滤波器。
专利摘要本实用新型公开了一种基于软件无线电的多模多频带射频机载微微蜂窝通信系统，包括接收模块、本振模块、发射模块和控制模块。本实用新型的有益效果是，本射频微微蜂窝通信系统可以支持多种工作频带和工作模式800～1000MHz(GMSK/CDMA 1X)，2.412～2.472GHz和5.0～5.8GHz(QPSK/QAM16/OFDM-QAM64)，可以在飞机航行时等特殊环境，支持不同的无线网络服务GSM(935～960MHz/890～915MHz)，CDMA(824～849MHz/869～894MHz)，802.11b/g(WLAN 2.412～2.472GHz)和802.11a(WLAN 5.0～5.8GHz)通信系统。信道带宽随着操作模式的不同而变化。其中最大带宽可达20MHz，最大射频输出功率为20dBm，接收机的噪声系数小于9dB。
文档编号H04W48/18GK201919158SQ201020640569
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者周健义, 晋石磊, 洪伟, 王彦炜, 赵腾 申请人:东南大学