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      S波段收發信機方案設計


    1、收發信機功能
        1)無線通信功能,通過天線發射已調制射頻信號,通過天線接收調制信號,并解調出信碼。
        2)以FPGA+DSP通用硬件平臺,實現多種調制信號產生算法驗證平臺,如信道編碼、交織、調制星座映射、插值及濾波算法等。
        3)以FPGA+DSP硬件平臺,能夠完成多種解調算法驗證,如載波同步、碼同步、數字濾波等算法。

    2、收發信機技術指標

      發信機
      1)工作頻率:2.8GHz
      2)輸出功率:-60-20dbm
      3)功率控制步進:≤1dB
      4)鄰道功率抑制:≥dB
      5)調制制式:BPSK、QPSK、QAM、2FSK等
      6)基帶碼速率:700Kbps
      7)中頻:25MHz
      8)帶寬:1.5MHz
      9)本振輸出頻率:300MHz、2475MHz
      10)本振信號相噪:≤-96dBc/[email protected](2.8GHz)
      11)本振信號雜散:≤-55dBc(非諧波)

      收信機
      1)射頻頻率:2.8GHz
      2)接收靈敏度:≥-90dBm
      3)功率動態范圍:90dB,自動增益控制
      4)解調制式:BPSK、QPSK、QAM、2FSK等
      5)中頻:25MHz
      6)帶寬:1.5MHz
      7)本振:300MHz、2475MHz
      8)本振信號相噪:≤-100dBc/[email protected](1GHz)
      9)本振信號雜散:≤-55dBc(非諧波)
      10)中頻大輸出功率:≤5dBm
      11)誤碼率:1×10-4(符號信噪比12dB)

    3、收發信機總體方案設計

      3.1收發信機組成
      軟件無線電通信驗證系統主要包括發信機和收信機兩個子系統,由系統控制器、系統顯示器鍵盤、DSP+FPGA調制信號發生器、射頻發射前端、發射天線組成發信機子系統;由系統控制器、系統顯示器鍵盤、接收天線、射頻接收前端、DSP+FPGA數字解調器組成收信機子系統,系統組成框圖如圖1、2所示:

    發射子系統圖
      圖1發射子系統

    接收子系統
     圖2接收子系統
     

      3.2發射子系統設計
      這里主要對發射子系統中關鍵??镈SP+FPGA調制信號發生器、射頻發射前端及控制進行設計說明。

      3.2.1 DSP+FPGA調制信號發生器
      在統一的硬件平臺上,實現多種調制信號,需采用軟件無線電設計思想。調制信號發生器采用DSP+FPGA+DAC架構,具有很強的通用性和靈活性,DSP通過USB接口接收用戶設置的調制方式、調制碼速率等參數,并解析工控機上層軟件指令,配置FPGA內濾波器和時鐘,FPGA根據配置產生相應的調制映射、濾波器、數字載波等,終生成數字中頻信號,再通過DAC,輸出模擬中頻信號。原理框圖如圖3所示。 


     圖3
     

      3.2.2 射頻發射前端
      射頻發射??椴捎枚紊媳淦瞪杓仆瓿啥災釁敵藕諾謀淦蕩硨頭⑸?。發射??櫓饕芍釁檔屯瞬ㄆ?、上變頻器、放大器、大動態/小步進功率衰減器、檢波器組成,見圖4。 

    射頻發射前段
    圖4
     

      其中,300MHz點頻源采用直接倍頻、濾波方法產生,將系統時鐘100MHz通過寬帶放大器飽和放大產生,100MHz的N次諧波,再通過濾波器取出3次諧波300MHz。
      2475MHz點頻源采用鎖相環PE3336實現,實現原理框圖如圖5所示。


    圖5
     

      3.3接收子系統設計

      3.3.1 DSP+FPGA數字解調器
      為了實現多種調制制式的解調,采用ADC+FPGA+DSP的硬件架構,ADC以帶通過采樣方式采集中頻信號,采集后數字中頻信號在FPGA內實現抽取、濾波、載波同步、碼同步數字信號處理,處理后在DSP內實現解調、解交織、解碼,終碼數據通過USB上傳至工控機,進行比對分析、星座圖顯示等。原理框圖如圖6所示。


    圖6

      3.3.2 射頻接收前端及控制
      射頻接收前端主要由低噪聲放大器、鏡像濾波器、自動增益放大器、射頻檢波電路、開關、混頻器、本振源等電路組成。射頻接收前端原理框圖如圖7所示。射頻接收前端低噪聲放大器增加射頻接收前端靈敏度,功率檢波電路測量低噪聲放大器輸出的射頻信號功率,控制自動增益放大器滿足射頻接收前端-90—10dbm線性功率動態范圍的要求,并使得射頻輸入電平處于混頻器、中頻放大器及檢波器的佳量程范圍。

    射頻接收前段及設計
    圖7

      3125MHz點頻源采用鎖相環ADF4350實現。

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