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一種實(shí)用的中頻數(shù)字接收機(jī)設(shè)計(jì)
摘要：針對后三代移動(dòng)通信系統(tǒng)研究所需硬件平臺(tái)的要求，提出了一種靈活性強(qiáng)的可擴(kuò)展中頻接收機(jī)設(shè)計(jì)方案。這種方案可以在較高的中頻頻率上實(shí)現(xiàn)信號的數(shù)字化接收，且適用于多種輸入信號。該方案以自頂向下的思路，吸取其它方案的優(yōu)點(diǎn)，完成了基于軟件無線電思想的數(shù)字化接收機(jī)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，有良好的實(shí)用性和通用性。關(guān)鍵詞：帶通采樣 采樣速率 數(shù)字下變頻
近年來，移動(dòng)通信的發(fā)展十分迅速。應(yīng)對更高速率業(yè)務(wù)的要求，我國對于后三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(B3G)的研究也逐漸興起，但是目前多局限于對仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行理論研究和模擬階段，有必要建立一個(gè)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以便尋找研究成果的應(yīng)用方法。此硬件平臺(tái)應(yīng)具有適合于軟件無線電的體系，在硬件結(jié)構(gòu)上與無線通信的通用功能模塊相一致：不僅可以接收現(xiàn)存通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號，還可以處理由用戶自定義的信號，為未來研究提供可靠的實(shí)測數(shù)據(jù)。該平臺(tái)還應(yīng)具有高度的靈活性、開放性以支持多種通信體制和不同的QoS(Quality of Service)要求。
從軟件無線電的觀點(diǎn)來看，受寬帶天線、高速A／D轉(zhuǎn)換器及數(shù)字信號處理器等發(fā)展水平的限制，實(shí)現(xiàn)一個(gè)理想的軟件無線電平臺(tái)[1]的條件目前還不具備。因此，本文根據(jù)系統(tǒng)提出的中頻頻率為70MHz、信號帶寬為10MHz的設(shè)計(jì)要求，在分析比較了幾個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，著重研究了在現(xiàn)有器件情況下最大限度地實(shí)現(xiàn)中頻數(shù)字化這一關(guān)鍵問題，最終設(shè)計(jì)了一種可用于所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的中頻數(shù)字化接收機(jī)。在使用該方案的實(shí)際系統(tǒng)上，可以對新一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)評估。
1 初步設(shè)計(jì)方案
站在系統(tǒng)靈活性的角度，本文暫不考慮使用模擬解調(diào)器的中頻接收方案，而采用數(shù)字化的處理，先提出兩種方案。
1．1 單路帶通采樣方案，
根據(jù)系統(tǒng)的中頻頻率和帶寬兩項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，若進(jìn)行低通采樣，由Nyquist定理知，采樣速率至少要150Msps才能保證頻譜不會(huì)發(fā)生混迭。但以目前芯片的制作水平來看，采樣速率大于150Msps且分辨率在10bit以上的ADC成本會(huì)很高；此外，后級接口電路必須使用超高速邏輯電路，基帶數(shù)字信號處理的壓力很大，還增加了整個(gè)電路板的布線、制版工藝難度，從而帶來許多問題。觀察系統(tǒng)的中頻接收信號：最高截止頻率為75MHz，但信號帶寬只有10MHz；若低通采樣此信號，則默認(rèn)信號分布在0～75MHz整個(gè)頻帶范圍內(nèi)，對此頻帶不再加以利用，因而頻譜利用率較低。可以運(yùn)用帶通采樣機(jī)制，按遠(yuǎn)低于2倍信號最高截止頻率的采樣速率進(jìn)行欠采樣，將中頻信號頻譜無混迭地搬移至基帶[1]。此方案的示意圖如圖1所示。
例如，當(dāng)發(fā)送端的基帶信號是實(shí)信號時(shí)，選擇接收機(jī)的采樣速率fs=35Msps，頻譜周期性復(fù)制到：f1±kfs(k為整數(shù))，采樣前后信號頻譜的變化如圖2、圖3所示。
從圖中可以看到，帶通采樣利用ADC作為近似理想的混頻器對信號進(jìn)行變頻
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