基於軟體無線電的多模多頻帶射頻機載微微蜂窩通信系統的製作方法

2023-04-30 11:57:51 1

專利名稱：基於軟體無線電的多模多頻帶射頻機載微微蜂窩通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於軟體無線電的多模多頻帶射頻機載微微蜂窩通信系統，屬於 一種可適用於現行無線通信服務的射頻前端子系統的技術領域。
背景技術：
隨著無線通信技術的不斷發展和社會需求的日益增長，包括行動電話、無線尋呼、 衛星通信等在內的無線通信得到了越來越廣泛的普及和應用，並展示出廣闊的市場前景。 從全球範圍來看，無線通信用戶的年增量和增速都在持續逐年大幅度增長，無線通信已經 進入規模化發展的階段。射頻前端系統是無線通信收發系統中的重要組成部分，一般作用 為將接收到的射頻信號下變頻至中頻信號，以便於進一步處理並回覆信號；或者將中頻信 號上變頻至微波毫米波信號，以便於其在空間傳播。現今多種主要的無線通信系統的工作頻率範圍覆蓋了從400MHz到6GHz的多個頻 段。為了實現可以兼容多種無線通信體制的設備，多模式多頻帶射頻系統是一個關鍵部件。 在現代社會，無線通信系統提供方便的服務，例如蜂窩移動通信系統(CDMA、GSM、WCDMA、 TD-SCDMA)，無線區域網(WLAN)，短距離通信系統(藍牙、UffB)，在飛機上，當使用機載無線 通信服務時，可能會同時使用許多不同的系統。現有技術存在的缺陷和不足眾所周知，許多民用無線電通信設備必須在飛機上 處於關機狀態，因為其許多工作頻段和飛機的導航系統頻段重疊的，所以這些通信設備是 被禁止使用的，以免對飛機的飛行產生影響。但在飛機的導航頻段外，還有很寬的頻段可以 被用做寬帶通信使用。因此如果能充分利用這些頻段，方便地提供很好的數據，音頻和視頻 的傳輸服務，那麼機載無線通信將是非常具有吸引力的。而現行的射頻系統仍然沒有應用 於飛機航行時這種特殊的工作環境。

發明內容
本發明目的是針對現有技術存在的缺陷提供一種基於軟體無線電的多模多頻帶 射頻機載微微蜂窩通信系統。本發明為實現上述目的，採用如下技術方案本發明基於軟體無線電的多模多頻帶射頻機載微微蜂窩通信系統，包括GSM/CDMA 系統模塊、WLAN 2. 4/5. 0系統模塊和控制模塊，其中GSM/CDMA系統接收模塊由開關、雙工器、射頻前端、低噪聲放大器、中頻濾波器、第一可變增益放 大器、放大器、第二可變增益放大器、混頻器和運算放大器依次串聯組成；發射模塊中調製器的輸入端接兩個運算放大器輸出端，調製器的輸出端依次串接 放大器、可控衰減器、功率放大器，開關和雙工器。WLAN 系統接收模塊由射頻濾波器、射頻前端、開關、低噪聲放大器、中頻濾波器、第一可變增 益放大器、放大器、第二可變增益放大器、混頻器依次串聯組成；
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發射模塊中混頻器的輸入端接數字中頻輸出端，混頻器的輸出端依次串接放大 器、可控衰減器、功率放大器，開關和射頻前端。控制系統控制模塊由單片機和複雜可編程邏輯器件組成。單片機主要功能為頻率選擇，復 雜可編程邏輯器件主要功能為增益/功率控制和開關的選擇。單片機與複雜可編程邏輯器 件之間的通信由八根地址線完成。針對現有技術的不足本發明的技術效果和有益效果為現今多種主要的無線通信系統的工作頻率範圍覆蓋了從400MHz到6GHz的多 個頻段。為了實現可以兼容多種無線通信體制的設備，多模式多頻帶射頻機載微微蜂窩 通信系統是一個關鍵部件。該射頻系統能夠支持多種無線通信服務，如GSM/CDMA移動 通信系統，WLAN無線區域網系統等等，工作頻帶為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)，信道帶寬根據不同的通信工作模式是可變的，支持GMSK，CDMA2000, QPSK, QAM16/64，0FDM-QAM64等多種模式，最大的信道帶寬可達20MHz。


圖1是本發明實施例的系統原理圖。圖2是GSM/CDMA發射模塊的電路原理圖。圖3是GSM/CDMA接收模塊的電路原理圖。圖4是WLAN2. 4/5. 0發射模塊的電路原理圖。
圖5是WLAN2. 4/5. 0接收模塊的電路原理圖。圖6是CDMA/GSM系統的本振部分示意圖。圖7是WLAN2. 4本振部分示意圖。圖8是WLAN5. 0本振部分示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明如圖1所示，本例的基於軟體無線電的多模多頻帶射頻機載微微蜂窩通信系統， 包括GSM/CDMA系統模塊、WLAN系統模塊和控制系統，其中GSM/CDMA 系統接收模塊由開關、雙工器、射頻前端、低噪聲放大器、中頻濾波器、第一可變增益放 大器、放大器、第二可變增益放大器、混頻器和運算放大器依次串聯組成；發射模塊中調製器的輸入端接兩個運算放大器輸出端，調製器的輸出端依次串接 放大器、可控衰減器、功率放大器，開關和雙工器。ffLAN 系統接收模塊由射頻濾波器、射頻前端、開關、低噪聲放大器、中頻濾波器、第一可變增 益放大器、放大器、第二可變增益放大器、混頻器依次串聯組成；發射模塊中混頻器的輸入端接數字中頻輸出端，混頻器的輸出端依次串接放大 器、可控衰減器、功率放大器，開關和射頻前端。
控制系統控制模塊由單片機和複雜可編程邏輯器件組成。單片機主要功能為頻率選擇，復 雜可編程邏輯器件主要功能為增益/功率控制和開關的選擇。單片機與複雜可編程邏輯 器件之間的通信由八根地址線完成。

下面對各個系統逐一進行說明一、GSM/CDMA 系統模塊由於本系統的特殊性即工作頻帶為800MHz到6GHz，頻帶範圍很寬，為了便於採用 較小的尺寸實現，降低系統的複雜性，並且滿足多模多頻的要求，本系統模塊發射和接收部 分分別採用了數字中頻直接調製到射頻方式和二次變頻方式。發射部分數字中頻直接調製方式中的正交調製器的功能是將I/Q數字中頻信號直接搬移 到射頻載波信號。其主要的技術指標為載波抑制、邊帶抑制和IMD3。在實際情況下，由於 集成電路內部的不平衡，調製器的載波抑制和邊帶抑制特性會受到影響。為了滿足本系統高速率和寬工作頻帶的性能指標，必須要選用高性能的I/Q調製 器。本發明選用的調製器是TI公司的TRF3703，這是一款寬帶正交調製器，它的應用範圍在 400MHz-4GHz，並且有很好的相位噪聲特性和幅度平衡特性。因此非常適用於數字中頻直接 調製方式電路設計。TRF3703的四個基帶信號輸入端(BBIP，BBIN，BBQP，and BBQN)必須由 兩對差分信號驅動才能獲得更好的調製性能。而從基帶獲得的兩路I/Q信號是兩個單端信 號，不滿足條件。為了滿足TRF3703的信號輸入端驅動要求，本發明選用了一款運算放大器 來完成這個任務，即使用兩個運算放大器來把兩個單端正交的數字中頻信號變成兩對差分 信號來驅動TRF3703。同時也可以用這兩個運算放大器對基帶輸入信號進行放大，已達到 更好的調製效果。這裡本發明選用的是AD公司的AD8045。AD8045是一種低成本的具有單 端輸入和差模輸出的放大器，其具有低失真、低功耗、相位平衡等優點，它可用電阻來控制 增益。AD8045有其獨特的內部反饋，可以調整輸出增益。當AD8045工作在5MHz時，無雜 散動態範圍為-IOldBc,工作在IOMHz時，三階交調為43daii。AD8045為差模信號操作方式 時，可以以大地為參考電平，故而受地面噪聲的影響很小。為了減小系統體積，並且更好地抑制鏡像頻率，根據TRF3703結構原理圖，本發明 採用2個AD8045產生幅度相同，相位正交⑴路超前90° )的數字中頻信號，利用TRF3703 晶片，根據式1推導，採用高本振方案，設計鏡像抑制混頻器，鏡頻抑制達到_30dB。在調 制器輸出端接入一級低噪聲放大器，本發明選用的是Avago公司的MGA53543作為功率放大 器的推動級。MGA53543在800-1000MHz的增益為17dB，且輸入功率IdB壓縮點為19. 3dBm, 適合作為下一級功放的推動級。為了達到30dB的動態範圍，本發明選用Peregrine公司的 PE4302晶片作為可控衰減器。在PE4302輸出端接入功率放大器。本發明選用的是RFMD公 司的SPB2(^6Z，此晶片是一款高線性，低損耗和高穩定性的AB類功放。在GSM/CDMA工作頻 帶內增益為14. 8dB, IdB壓縮點為33. 6dBm, IM3為_46dBc。本發明發射部分沒有射頻濾波 器，而採用雙工器作為射頻濾波，大大減小了系統的體積。
權利要求
1.一種基於軟體無線電的多模多頻帶射頻機載微微蜂窩通信系統，其特徵是包括控制 模塊、GSM/CDMA子系統和WLAN 2. 4/5. 0子系統；所述GSM/CDMA子系統發射部分——包括依次連接的I/Q調製器、放大器、可控衰減器和功率放大器；所述I/ Q調製器前端皆有兩個運算放大器，兩個運算放大器來把兩個單端正交的數字中頻信號變 成兩對差分信號來驅動I/Q調製器；接收部分——包括依次連接的射頻前端、中頻濾波器、中頻鏈路和混頻器； 本振部分——分別為接收部分的射頻前端提供第一本振、接收部分的混頻器提供第二 本振、發射部分的調製器提供第三本振；天線與發射部分、接收部分之間還通過選擇開關設有兩個雙工器，兩個雙工器分別對 應GSM和CDMA通道；兩個雙工器與發射部分、接收部分之間分別還設有選擇開關； 所述WLAN 2. 4/5. 0子系統發射部分——包括依次連接的混頻器、中頻濾波器、放大器、可控衰減器和功率放大器；接收部分——包括依次連接的中頻濾波器、中頻鏈路和混頻器； 天線與發射部分和接收部分之間設有射頻前端，射頻前端通過選擇開關分別連接發射 部分和接收部分；本振部分——為射頻前端提供第一本振、為發射部分和接受部分的混頻器提供第二本振；所述控制系統包括單片機和複雜可編程邏輯器件；單片機輸出頻率選擇信號給各個子系統的本振模 塊，以及輸出控制信號給複雜可編程邏輯器件，進而由複雜可編程邏輯器件輸出控制信號 給兩個子系統的各個選擇開關和各個可控衰減器。
2.根據權利要求1所述的基於軟體無線電的多模多頻帶射頻機載微微蜂窩通信系統， 其特徵是所述GSM/CDMA子系統的接收部分中，中頻鏈路是由兩兩間隔設置的三級放大器 和兩級可控增益放大器構成；複雜可編程邏輯器件輸出兩個可控增益放大器的控制信號。
3.根據權利要求1所述的基於軟體無線電的多模多頻帶射頻機載微微蜂窩通信系統， 其特徵是所述GSM/CDMA子系統的接收部分中，混頻器的後端連接有低通濾波器。
4.根據權利要求1所述的基於軟體無線電的多模多頻帶射頻機載微微蜂窩通信系統， 其特徵是所述WLAN 2. 4/5. 0子系統的接收部分中，中頻鏈路是由兩兩間隔設置的三級放 大器和兩級可控增益放大器構成；複雜可編程邏輯器件輸出兩個可控增益放大器的控制信 號。
5.根據權利要求1所述的基於軟體無線電的多模多頻帶射頻機載微微蜂窩通信系統， 其特徵是所述WLAN 2. 4/5. 0子系統的接收部分中，混頻器的後端連接有低通濾波器。
全文摘要
本發明公開了一種基於軟體無線電的多模多頻帶射頻機載微微蜂窩通信系統，包括接收模塊、本振模塊、發射模塊和控制模塊。本發明的有益效果是，本射頻微微蜂窩通信系統可以支持多種工作頻帶和工作模式800～1000MHz(GMSK/CDMA 1X)，2.412～2.472GHz和5.0～5.8GHz(QPSK/QAM16/OFDM-QAM64).可以在飛機航行時等特殊環境，支持不同的無線網絡服務GSM(935～960MHz/890～915MHz)，CDMA(824～849MHz/869～894MHz)，802.11b/g(WLAN2.412～2.472GHz)和802.11a(WLAN 5.0～5.8GHz)通信系統。信道帶寬隨著操作模式的不同而變化。其中最大帶寬可達20MHz，最大射頻輸出功率為20dBm，接收機的噪聲係數小於9dB。
文檔編號H04W84/10GK102076120SQ20101057239
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年12月3日
發明者周健義, 晉石磊, 洪偉, 王彥煒, 趙騰 申請人:東南大學