一种全双工射频收发系统的设计与实现

较 高
高
数 转换 后通过 数 字 接 口传输 给 Ｆ Ｐ ＧＡ， 完成 后续 的 数字 处 理 。发射时 ， Ｆ Ｐ ＧＡ将 １ ０两 路 的 数 据 发 送 给 ＡＤ ９ ３ ６ １ ， 在 ＡＤ ９ ３ ６ １ 中实现 数模转换 以及滤 波 、 放大、 混频等 功能 ， 最后
通 过 巴伦 将 差 分 信 号 转 为 单 端 输 出 。 Ｆ Ｐ ＧＡ通 过 Ｓ Ｐ Ｉ 接 口通 过 对 ＡＤ ９ ３ ６ １ 中 的 寄 存 器 的 读 写
滤波器程 度
ＡＤ速 率 实 现难 易 度
较低
低 较 低
很 高
较 高 高
较高
高 高
实现对 ＡＤ ９ ３ ６ １ 的配置 ， Ａ Ｄ９ ３ ６ １ 作为一款宽幅 的射频捷变频 从 系统复杂程度 来讲 ， 由于高中频方案可 以收发公用本 振， 并只有一个 混频通道 ， 最为简洁 ； 零 中频方 案需要两个混 收 发器 ， 具备 ７ ０ ＭＨｚ － － － ， ６ Ｇ Ｈｚ 的可调频率 范围， 还有２ ０ ０ ｋ Ｈｚ～
软 件 无 线 电 的 中 ｔ Ｌ ， 思想 是构 建一个通 用化 、 模 块化 、 标 射 频 通 信 系 统 之 间 最 大 区 别 之 一 在 于 射 频 收 发 前 端 和 数 字 中 频／ 基 带处理 模块 的接 口信号 频率不 同 ， 根 据 频 率 范
图ｌ 射频 无线 通信 系统 框 图
Ａ ＤＩ 推 出的 Ａ Ｄ９ ３ ６ 系 列 采 用 了零 中频 的 方 案 ， 集 成 了 模
只需要修改 Ｆ Ｐ ＧＡ中的配置程序 即可 完成 。
基于软件无 线电技术 ， Ａ Ｄ９ ３ ６ １ 作为射频收发前端 ， 实 现
了射频 信号从射频 到基带数字信 号的转换 ， 在Ｆ Ｐ Ｇ Ａ中可对 模数转化后 的数字数据进行后续处理 ， 通过调用 不同的调制 解调模块 ， 即可 实现 不同码速 率 、 不 同带宽、 不 同调 制方式的
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎｄ Ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ Ｆｕ ｌ ｌ Ｄｕ ｐｌ ｅ ｘ ＲＦ Ｔｒ ａ ｎ ｓ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
Ｘｉ ｅ Ｚ ｕ ｏ ｑ ｕ ａ ｎ Ｋａ ｎ ｇ Ｃ ｈ ａ ｏ Ｗａ ｎ ｇＹｕ
［ 关键词］ 射频通信 ； 全双 工； 软件 无线 电； Ｆ Ｐ ＧＡ 中图分类号 ： Ｔ Ｎ８ ３ ８ ； Ｔ Ｎ８ ５ １ 文献标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ８ — ６ ６ ０ ９（ ２ ０ １ ７ ） ０ ６— ０ ０ ３ ｌ ＿ ０ ３ 接 收链路包括低 噪放 、 接收本振 、 下变频 、 ＡＧ Ｃ、 Ａ ＤＣ及数字 １ 概述 近 年来 ， 随着射频 无线通 信技 术的不 断发展 ， 射 频无线
的通 用化 和小型化成 为一个重要 的发展 方向。本文对基于软件无线 电技术的射频收发原理进行介绍 ， 并对几种常用的方案进 行 了分析 ， 对 比了各 方案集成化 、 小型化 的优缺 点 ， 最后使 用Ａ ＤＩ 生产的一款 集成式宽带捷 变收发 器， 构建硬件平 台， 实现 一种
简 易 的 全 双 工 多通 道 的 射 频 收 发 系统 。
普通 中频方 案如 图 ３ 所 示 。本 振和接 收 的信号 问有一 定的频 率差 ， 比较 常用的有 ７ ０ ＭＨ ｚ ， 从而混 频后 的数据带有
一
定的 中频载波 信号。信号经过后续 的处理及模数转换 后 ，
公 司Ｋ７ 系列 的ＸＣ ７ Ｋ１ ６ ０ Ｔ， 该芯片可匹配 Ａ Ｄ９ ３ ６ １ 的接 口电
围的不 同， 可划 分为三 种 ： 零中频 、 普通 中频和 高中频方案 。
下面 就 各种 方 案逐 一进 行 分 析 ： ２ ． １ 零 中频 方 案 以接 收 链 路 为 例 ， 零中频方案 如 图２ 所 示 。 天 线 之 后 的 接收 信号经低噪放放大之 后 ， 与 正 交 的 两 路 本 振 信 号 进 行 相 乘产 生 两 路 正 交 的基 带 信 号 ， 本 振 信 号 可 以等 于 载 波 频 率 或
［ ３ 】 田耘． 无 线通信 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ设计 【 Ｍ］ 北京 ： 电子工 业 出版社 ， ２ ０ Hale Waihona Puke Baidu ８ ．
本文 对基 于软件无 线 电技术 的射频通 信系 统的原 理进 行 了研 究 ， 并分 析 了实现几种 方案集 成化 的优 缺 点 ， 并基于 ＡＤ９ ３ ６ ｘ＋ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ硬件框架搭 建 了射频 收发系统 ， 这种 具有 很
［ ４ 】 邵善 友 ， 杨 家 玮 ． 软件 无 线 电发 射 机 的 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 实现 Ｕ １ ． 电 讯技
术， ２ ０ ０ ５ ， ４ ５ （ ４ ） ： １ ２ ４ — １ ２ ８ ．
强灵活 性 的射 频收发 系统 ， 可适 用于 各种场景 和领域 中 ， 具
有广 阔的应用前景 。
信号 的调制解 调 ， 例如 比较常用 的 Ｂ Ｐ Ｓ Ｋ， Ｑ Ｐ Ｓ Ｋ， Ｆ Ｓ Ｋ， ＭＳ Ｋ
．
３２ ．
学 术探 讨 ・ 刀络与通
等调 制方式 。 由于 Ａ９ ３ ６ １ 和Ｆ Ｐ Ｇ Ａ都 具有可修 改性 ， 整个射 频收发系统具有很 强的可配置性和灵活性 。
４ 结语
参考文献 ：
２ ． ２ 普 通 中频 方 案
Ｆ Ｐ ＧＡ的硬 件框 架 ， 搭配 简单 外 围接 口电路及供 电模 块 ， 在 ＡＤ ９ ３ ６ １ 完成 对射频 信号 的频谱搬 移和 数模＼ 模 数转换 。在
Ｆ Ｐ ＧＡ中 实 现 数 据 的 调 制 解 调 功 能 。 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ选 择 了 ＸＩ Ｌ Ｉ ＮＸ
【 １ 】 杨 小牛 ， 楼 才义 ．软件 无 线 电原理 与应 用 【 Ｍ］ ．北 京 ： 电子 工业 出
版社． ２ ０ ０ １ ．
［ ２ 】 韩刚， 张睿 ， 李建 东． 软 件 无线 电接 收 机 的一 种 实 用结 构 Ⅱ Ｊ ． 西
安 电子科教 大 学学报 ， ２ ０ ０ １ ， ２ ８ （ ４ ） ： ５ ３ ８ — ５ ４ ２ ．
数字
可 实现 射频信号到零 中频 的频 谱搬 移 ， 具备 出色的灵活性和
可 配 置 性 。 下面 我 们 将 利 用 ＡＤ９ ３ ６ １ ＋ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的硬 件 框 架 ， 实 现 全 双 工射 频收 发系 统 。
模块
图 ２ 零 中频 方案
３ 方案设计 整个射 频收发系统基于软件无线 电技术 ， 采用 Ａ Ｄ９ ３ ６ １ ＋
准化及 可重构的硬件 平台 ， 将 数模＼ 模数转换器 （ Ａ ＤＣ， Ｄ Ａ Ｃ） 尽可 能地靠 近天 线 ， 采 用相 同的射 频模拟 前端 ， 只通 过修改 软件 的方法 ， 来实现不 同的通信 系统。
基 于 软 件 无 线 电 技 术 的 射 频 无 线 通 信 框 架 已经 比 较 成
５ ６ ＭＨ ｚ的通 道 带 宽 ， 以及 可 编 程 的 滤 波 器 ， 而 且 所 有 的 配 置
频 通道 、 本振 和 Ａ Ｄ， 最为 复杂 ； 普通 中频介于 两者之 间。而
从 灵活 性和实 现难 易程度 来看 ， 零 中频 对滤波 器 的带 宽、 Ｑ 值， Ａ Ｄ带宽及 采样率 的要求 都较低 ， 采样 时钟选择 方便 ， 无 需与本振相 干 ， 不存 在中频 中心频 点选择 问题 ， 实现起 来具 有很高 的灵活性 和 自由度 。
表 １ 三种 方 案优缺 点 比较
以上三种方案各具优缺点 ， 如表 １ 所示 ：
Ａ Ｄ９ ３ ６ １ 实现射频信号的放大 、 混频和滤波 ， 将 输入 的射频信
高中频 低
较 低
零中频 系统复杂 度
系 统 灵 活 性
普通 中频 较低
较低
号 搬 移 到 零 中频 （ 可设置 一定 的小频率 差） ， 经过Ａ ＤＣ的 模
仅 与载波 频率 相差 一个很 小 的频 差 （ 如１ ＭＨｚ以内） 。经过 后续 Ａ Ｇ Ｃ及滤波 之后 ， 由两片 ＡＤ芯 片对 Ｉ Ｑ两 路信 号进行 模数转换 ， 并送至后续的数字模块进行处理 。
熟， 一般 采 用 射 频 收发 前端 和 数 字 中频／ 基 带 处 理模 块 实 现 。从功 能角度 上看 ， 整个 系统可 以分为 收发链 路两部 分 ，
路， 而 且 具 有 丰 富 的 内 部 资 源 和 多 种 常 用 的对 外 接 口。 系 统 硬 件框 图如 图 ４ 所示 ：
在数字模块 中利用数字 Ｉ Ｑ分离 。
图 ３ 普 通 中频 方案
２ ． ３ 高 中频方案 高中频 的方 案可以参考普通 中频 的方案 ， 区别在于本振 和接 收 的信 号间频率 差较高 ， 比较 常用的有 １ ８ ０ ＭＨ ｚ 或者更
通 信 已 经 广 泛 地 应 用 于 我 们 日常 的 生 活 中 ， 如个 人无 线通
接 收机 ； 发射 链路包括 数字基 带 、 本振 、 上变频 、 放大器几部
分。如图 １ 所示 ：
信、 无线基 站、 卫 星通 信 、 全球 卫星定位系 统等 。而软件无线 电技 术（ Ｓ ＤＲ ） 作为新型 的射 频无线通信 体系结构 ， 减少 了模 拟环节 ， 把 数字处理尽量地靠近 天线 ， 利用相 同的硬件平 台 ， 只需要通 过软件 的更新 ， 就 可 以实 现不 同码 速率 ， 不同调制 方式， 不 同编 码 方式 。但 由于 软件 无线 电技 术成 本相 对较 高， 目前更 多地应用于军工等 少数高端 领域 。 目前 Ａ ＤＩ 公司推 出 了Ａ Ｄ９ ３ ６ ｘ系列射频 捷变 频收发 器 ， 集成 式 的Ｒ Ｆ收发 器 Ａ Ｄ９ ３ ６ ｘ包括混频 器 、 频率合 成器 、 模拟 滤波 、 数据转 换器和 其他功 能 。Ａ Ｄ９ ３ ６ ｘ 的推 出使基 于软件 无 线 电技术 的无 线通 信 系统 的实现 更 加简 易 ， 本 文将 利用 Ａ Ｄ９ ３ ６ １ ＋ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的硬件框 架 ， 构建 一个 小型化 的全双 工射频 收发系统 。 ２ 工 作原理
高 中频 。
２ ． ４ 方 案 比较
Ａ Ｉ ） ９ ３ ８ １ ｌ 醉 盯 Ｋ Ｌ － － 。 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ 一 （ Ｘ Ｃ ７ Ｋ １ ６ Ｏ Ｔ ）
图４ 射频 系统 硬件 框 图
Ａ Ｄ９ ３ ６ １ 集 成 了射 频 收 发 前 端 的 所 有 功 能 以 及 ＡＤＣ和 Ｄ ＡＣ模 块 ， 可 实 现 两 路 射 频 信 号 的 收 发 。接 收 时 ， 前 端 的射 频 信号经 过巴伦转化 为差分 信号后输 入给 Ａ Ｄ９ ３ ６ １ ， 在
（ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｓ ｈ ｎｇ ａ ｈａ ｉ ２ ０ １ １ ０ ０ ）
作 者简 介 ： － ｉ ￣
（ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男， 浙 江温 州人 ， 硕 士研 究 生 。 工程 师 ， 研 究 方向 为遥测 通信 系统 。
．
３１．
学 术探讨 ・ 阿络与逼
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拟滤波 、 混频器 、 数据转换器 、 发射和接收通道 的频 率合成器 以及包括可 编程增 益 、 直流偏置 校准等数字 域的其他 功能 ，
学 术探讨 ・ 刀缮与通
一
种全双工射频收 发系统 的设计 与实现
谢 作 全 康 超 王 宇
（ 上 海 航 天 电子 技 术 研 究所 ， 上海 ２ ０ １ １ ０ ０ ）
［ 摘
要］ 随着通信技术 的进 步， 射频无线通信的技术取得 了迅猛发展 ， 无线通信技 术也 日趋成 熟和稳定 ， 射频收发 系统