楊建飛

（中國電子科學(xué)研究院，北京，100041）

軟件無線電接收機(jī)射頻前端設(shè)計(jì)與仿真

楊建飛

（中國電子科學(xué)研究院，北京，100041）

本文設(shè)計(jì)了一種基于軟件無線電的接收機(jī)射頻前端，采用超外差結(jié)構(gòu)，可工作于30MHz~2000MHz頻段。電路將天線接收的信號經(jīng)過前端低噪聲放大器、濾波器、混頻器、AGC、中頻放大器處理后，輸出穩(wěn)定的中頻信號給下級AD采樣和數(shù)字信號處理模塊。通過ADS軟件仿真及結(jié)果分析，本設(shè)計(jì)方案滿足了軟件無線電寬頻帶、高靈敏度、寬動態(tài)范圍、低噪聲系數(shù)等指標(biāo)的要求。

軟件無線電；射頻前端；寬帶收發(fā)

0 引言

軟件無線電是在數(shù)字化的平臺下，以軟件可編程為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)多波段、多體質(zhì)、多制式、通用式接收，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)多種通信協(xié)議、多種波形結(jié)構(gòu)的兼容。軟件無線電系統(tǒng)能夠在兼容多種通信協(xié)議的同時(shí)，防止被敵人截獲；還能夠在快速升級的同時(shí)，控制其成本費(fèi)用的上升，這些特點(diǎn)都極大地滿足了軍事通信的需求。因此發(fā)展軍用軟件無線電系統(tǒng)是未來軍事通信的必然趨勢。本文設(shè)計(jì)了一種適用于軟件無線電體系的射頻前端收發(fā)模塊，具有寬動態(tài)范圍、高靈敏度、低噪聲系數(shù)等特點(diǎn)。

圖2 .1寬帶中頻采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件無線電系統(tǒng)由天線、射頻前端、寬帶數(shù)/模-模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、通用和專用數(shù)字信號處理器及各種軟件模塊組成。射頻前端部分主要完成信號的上下變頻、濾波、功率放大等功能，該部分寬帶、線性、高效射頻放大器的設(shè)計(jì)和各個(gè)射頻模塊的電磁兼容問題是設(shè)計(jì)和考慮的難點(diǎn)。

本系統(tǒng)采用的軟件無線結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。較寬的中頻帶寬是這種軟件無線電與一般超外差結(jié)構(gòu)的中頻數(shù)字接收機(jī)的不同之處。

1.2 指標(biāo)分析

靈敏度是是衡量接收機(jī)檢測信號能力的參數(shù)，一般要依賴一些其他的參數(shù)才能確定，包括接收信號的調(diào)制類型、中頻帶寬、檢波所需的識別系數(shù)、接收機(jī)的噪聲系數(shù)等。接收機(jī)靈敏度的簡單近似關(guān)系式如公式2-1：

其中，S（dBm）為接收機(jī)靈敏度,NF（dB）為接收機(jī)噪聲系數(shù)，B（Hz）為檢波前得中頻帶寬，（dB）為信號檢波所需的識別系數(shù)，（dB）為與信號調(diào)制類型相關(guān)的調(diào)制特性函數(shù)。

由級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)公式可知當(dāng)?shù)谝患壘哂懈咴鲆娴那闆r下，系統(tǒng)的總的噪聲系數(shù)可以由第一級決定，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量使第一級具有較低的噪聲系數(shù)，并且還要有較高的增益。

系統(tǒng)的靈敏度和噪聲系數(shù)可行性論證：

傳輸信號的帶寬為10MHz，接收機(jī)的噪聲系數(shù)為5dB，接收機(jī)的接收到信號要得到誤碼率為10-5，C/N比為15dB，由式2-1可得：

由于目前的接收機(jī)調(diào)制解調(diào)普遍采用了擴(kuò)頻技術(shù)，在采用擴(kuò)頻的通信系統(tǒng)中，調(diào)制特性系數(shù)GP可以為負(fù)數(shù)，通常為負(fù)的十幾甚至是二十幾，考慮到這一點(diǎn)，本方案理論能達(dá)到-110dBm的靈敏度。

通過對射頻前端幾項(xiàng)指標(biāo)的分析，結(jié)合所選器件的性能參數(shù)，理論設(shè)計(jì)了射頻前端的整體增益和噪聲系數(shù)等參數(shù)的分配方案。

圖4 .1諧波仿真結(jié)果

圖4 .2 鏈路仿真結(jié)果

2 技術(shù)方案

2.1 AGC的設(shè)計(jì)

本方案選用VGA芯片ADL5330和相應(yīng)的自動增益控制芯片AD8318，ADL5330是一個(gè)寬頻帶的VGA，工作在100MHz時(shí)的增益范圍可為：-35dB～23dB，工作在450MHz的增益范圍為-35dB～22dB，輸入1dB壓縮點(diǎn)在增益范圍內(nèi)都保持在0dBm左右，保證了信號的線性放大，其控制靈敏度為20.7mv/dB，通過改變增益控制運(yùn)算放大器的相同端和反向端之間的電壓差來控制阻性衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減量，控制電壓范圍為0.1v～1.4v，以獲得58dB的動態(tài)范圍。

2.2 功放的設(shè)計(jì)

在選擇功率放大器的時(shí)候除了要考慮增益，輸出功率的1dB壓縮點(diǎn)和放大器的穩(wěn)定度外，還要注意其工作效率。功率放大器作為一個(gè)大功率的器件是整個(gè)發(fā)射支路的主要發(fā)熱部分，對于功率較大的功率放大器來說其產(chǎn)生的熱量如何散發(fā)出去在穩(wěn)態(tài)下其溫度是否是器件能夠承受的，也是工程上主要考慮的問題之一，通?？梢酝ㄟ^屏蔽盒可以將大部分熱量散發(fā)出去，但是選擇一個(gè)效率較高的芯片往往也是整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作的保障。

3 仿真結(jié)果及分析

在確定了射頻前端的方案后，在ADS軟件上對本方案進(jìn)行了諧波仿真和鏈路仿真。發(fā)射支路的1dB壓縮點(diǎn)為34.5dBm，輸出的三階互調(diào)截止點(diǎn)45dBm以及輸出功率33.26dBm，發(fā)射支路總增益為33.26dB，均滿足設(shè)計(jì)要求。仿真結(jié)果如圖4.1和圖4.2所示。

作者簡介

王際兵，趙明，姚彥，軟件無線電發(fā)展動態(tài)[N]，清華大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，vol.39，No.9，PP.86-89.

楊建飛，男，出生于1986年12月，籍貫四川省簡陽市，就職于中國電子科學(xué)研究院，助工

Design and Simulation of RF front end of the software radio receiver

Yang Jianfei
(China Electronic Science Research Institute,Beijing，100041)

This paper designs a kind of receiver RF front-end based on software radio,and uses the super heterodyne structure,which can work in the 30MHz~2000MHz band.Circuit antenna receiving the signal after processing front-end,low noise amplifier,filter,mixer,AGC and if amplifier,the output stability of the intermediate frequency signal to lower levels of the A/D sampling and digital signal processing module. Through simulation and result analysis of ADS software,the design scheme meets the requirements of the software radio frequency band,high sensitivity, wide dynamic range,low noise figure and so on.

software radio;RF front end;broadband transceiver