基于数字中频的WCDMA发信机设计

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发信机是通信系统中不可缺少的一部分,而随着移动通信的不断发展,发信机的发展也经历了数次变化,出现了许多经典的结构,如二次变频、一次变频结构,以及各通信公司近年来积极进行研究的零中颇结构。但是随着技术的发展,特别是3G通信技术的提出,使得早前使用的发信机系统结构以及传统的设计方法无法满足现代通信的需求,在设计中需要有相应的革新和变化。本文基于软件无线电的设计理念,提出了一种新型的WCDMA数字中频发信机结构,将射频信号转为数字化的中频信号来处理,并且以FPGA为平台实现数字中频的设计,这一设计理念随着FPGA的性价比越来越高,在降低系统成本上以及增加系统设计灵活度上是有意义的。而针对WCDMA系统中因为使用频率利用率高的调制方式而导致信号峰均比高的现象,本文采用了中频削峰技术,并且对传统的一次削峰进行了适当改进成为二次削峰,这对改善信号的质量是有必要的。另外,本文还引入了数字预失真结构,结合削峰技术,很大程度上缓解了由于非线性器件,尤其是高功率射频功率放大器导致的信号频率再生、带内失真等问题,同时也提高了系统的效率。本文设计的WCDMA发信机系统,主要包括数字和模拟射频两个主要部分的设计。在内容安排上,文中首先对第三代移动通信的背景和特征进行了简要介绍,并且通过WCDMA系统结构引出发信机结构的发展以及面临的问题,提出了本课题的选题意义。接着对数字中频部分和模拟射频部分的设计进行了详细讨论分析:在数字中频部分,对数字中频基本理论、削峰以及数字预失真的基础知识作了介绍,给出数字中频部分的结构并且使用Matlab对每一部分进行了仿真;在模拟射频部分,通过对系统设计参数的讨论,确定了发射链路的基本结构,并使用ADS对重要参数进行了仿真分析。最后是硬件实现和测试结果:包括在设计过程中应该考虑的阻抗匹配问题以及PCB板电磁兼容问题,实测分析了ACLR、EVM、SEM和杂散这四个重要的参数,其中ACLR的指标在5MHz处达到-60dBc左右,而EVM指标达到11.5,结果表明设计参数指标完全满足3GPP要求,实测数据证明本文设计的WCDMA发射机性能良好,工作稳定。
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