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射频技术和无线电怎样联系起来?双射频接收器工作原理及设计方案

2017年06月18日 10:56 次阅读

  射频技术和无线电怎样联系起来?

  现代射频仪器已经从单纯的测量设备发展成为重要的系统设计工具。这种发展得益于软件无线电(SDR)引发的各种技术。软件无线电所具有的灵活性正在掀起无线通信行业以及射频测试仪器的变革。

  20世纪80年代末,??工程师们开始尝试软件无线电构想。过去,无线电需要依赖于复杂模拟电路才能发送和接收射频和微波信号以及实现对信息信号的编码和解码。软件无线电的最初构想是使用通用无线电来进行信号发送和接收,同时在软件中执行多个物理层功能(如调制和解调)。

  WalterH.W.Tuttlebee在其发表的文章SoftwareDefined Radio:Origins,DriversandInternaTIonal PerspecTIves中写到:软件无线电最初的一些典型应用包括军用无线电通信项目,比如20世纪90年代初的SPEAKeasy项目。在该项目的设计中,通过在软件中开发许多调制和解调功能,无线电为各种无线接口之间提供了互操作性。

  然而,到了90年代末,工程师们开始积极研究软件无线电技术在商业系统的应用,如蜂窝基站。其中阐述越来越多应用的软件无线电需求的一篇最有影响力的论文是Joseph Mitola III博士于1993年发表在IEEE Spectrum的Software Radios: Survey, CriTIcal EvaluaTIon and Future Directions。Mitola博士也由于其广泛的研究而被称为“软件无线电之父””。

  最能够体现软件无线电方法的优势也许是现代基站。随着无线标准从GSM演变到LTE,通过硬件来增加对新标准的支持变得日益困难。此外,基站是通过复杂且不断更新换代的软件来进行信号处理和闭环控制。例如,功率放大器(PA)线性化技术,如数字预失真(DPD),对基站的性能至关重要,并且随着时间的推移不断发展。因而,软件无线电方法成为基站设计和维持长期支持性的理想选择。

  仪器的根本变革

  与此同时,软件无线电架构正日益广泛地应用于无线行业,射频测试和测量设备正在经历一个重大的转折。21世纪初,新无线标准的问世要求仪器能够提供更加丰富的测量功能,因而也要求架构更加灵活。由于这需要大量的射频测量工程师才能实现,过去针对少数应用专门设计仪器的做法已经变得不切实际。因此,测试厂商开始探索软件定义射频测试设备的概念。

  传统扫频调谐频谱分析仪的发展是整个行业过渡到软件定义仪器系统最典型的例子之一。在传统的频谱分析仪中,分辨率带宽滤波和功率检测等功能是基于模拟组件来实现的。然而,今天的现代射频信号分析仪通过集成通用射频下变频器(无线电)来生成数字化I / Q采样。该仪器能够使用频谱计算等多种方法来处理I / Q采样数据。因此,可能用于执行光谱测量的同一信号分析仪还可以用于解码RADAR脉冲、解调LTE信号或甚至无线记录GPS信号。

  如今,测试厂商已经进一步完善射频仪器架构,以不断趋近于软件无线电架构。新一代射频仪器的基本架构不仅结合了通用无线电,还结合了广泛的PC和信号处理技术,如多核CPU和FPGA。今天,RF测试设备的软件无线电化为传统RF测试应用提供了显著的优势,同时也帮助工程师实现了以前无法用射频仪器实现的应用。

  摩尔定律对射频测试的影响

  仪器信号处理性能的不断提高是将PC技术集成到RF仪器的最明显优势之一。摩尔定律预测CPU的处理能力将不断提高,这意味着仪器的处理性能也会不断提高。因此,由于CPU厂商不断更新处理器技术,基于PC的仪器的测量速度也不断加快。例如,十年前需要50 ms的频谱测量现在只需5 ms即可完成。

  除了CPU,现代射频仪器也逐渐集成了现代软件无线电的核心技术——FPGA。FPGA应用于射频仪器已经有十多年,当今一个不断发展的趋势是让仪器的FPGA实现用户可编程。用户可编程的FPGA将仪器的作用从单一功能设备扩展为无限灵活的闭环控制系统。

  随着当今支持FPGA的仪器的出现,工程师可以将FPGA的实时控制功能与对于时间要求极其严格的测试功能相结合。例如,在需要通过数字接口实现设备控制的测试应用中,支持FPGA的仪器可以同步执行数字设备控制与射频测量。基于用户可编程的FPGA提供的新测试方法,工程师们的测试时间提高了100倍。

  支持FPGA的工具也推动了FPGA编程的巨大创新。尽管一些工程师多年来一直使用VHDL等硬件描述语言,但FPGA编程的复杂性为该技术的广泛应用带来重重障碍。

  软件无线电推动FPGA的应用

  今天,RF仪器中类似于软件无线电的架构元素已经模糊了传统仪器和嵌入式平台之间的界限。定义仪器的特性,如用户可编程的FPGA,使得RF仪器日趋广泛地用于嵌入式应用中。

  二十年前,将价值上百万美元的RF信号发生器和射频信号分析仪组装在一起来开发雷达系统的原型似乎令人难以想象。这种系统不仅成本高昂、规模巨大,而且复杂的编程体验也令工程师望而生畏,不愿使用无线通信设备之类的仪器。

  然而现在,PXI等体积更小巧、功能更强大的基于PC的仪器平台成为了电子嵌入式系统的理想原型解决方案。基于PC的仪器不仅能满足嵌入式系统的尺寸和成本要求,同时也为工程师提供了一种可以重新配置RF仪器,从而实现RF仪器的广泛应用的良好软件体验。所以,工程师开始使用射频信号发生器和分析仪来设计雷达、信道仿真器、GPS记录仪和DPD硬件等嵌入式系统。

  使用软件来充分定义和定制RF仪器行为的这一能力已经成为解决下一代测试挑战的关键。因此,未来的RF仪器架构将越来越难与软件无线电架构区分开来。

  双射频接收器工作原理及设计方案

  全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satel-lite System)近年来得到了广泛的引用,从而引发相关领域的高度关注。目前的接收机模式无法满足日益增长的使用精度要求。所以,在原有的单模接收机的基础 上研发更高精度、更加稳定耐用的双模接收机成为研究的核心。

  本文提出了一种GPS/Galileo双频双模接收机射频前端系统的设计方案,该方案结合现有资源,展示出了该种接收机设计的实例。重点分析了混频部分、本振部分及控制部分的功能及实现。最后利用频谱仪及射频信号发生器等设备对实例进行系统级测试,验证了系统结构的正确性。

  1 GPS/Galileo 双模双频接收机系统1.1 接收机结构

然而,到了90年代末,工程师们开始积极研究软件无线电技术在商业系统的应用,如蜂窝基站。其中阐述越来越多应用的软件无线电需求的一篇最有影响力的论文是Joseph Mitola III博士于1993年发表在IEEE Spectrum的Software Radios: Survey, Critical Evaluation and Future Directions。Mitola博士也由于其广泛的研究而被称为“软件无线电之父””。

  设计接收机首先要考虑的就是频带的选择。如图1所示,GPSL1/L5和GalileoE1/E5a中心频率相同,如果选择该频段的话,那么很多的元器件可以得到复用,从而极大地减少了研发和生产成本,同时也可以减小接收机的体积。

  比较流行的双频双模接收机射频前端的结构大致有信号独享通道、公用信道、通过控制使某一时刻通道内只有一个载频信号三类。本设计以第三种方案为基础,在尽可能减少信号相互干扰的同时,争取最大限度地复用元器件。结构图如图2所示。

  1.2 接收机系统整体性能指标

然而,到了90年代末,工程师们开始积极研究软件无线电技术在商业系统的应用,如蜂窝基站。其中阐述越来越多应用的软件无线电需求的一篇最有影响力的论文是Joseph Mitola III博士于1993年发表在IEEE Spectrum的Software Radios: Survey, Critical Evaluation and Future Directions。Mitola博士也由于其广泛的研究而被称为“软件无线电之父””。

  在参考接收机的性能要求的基础上,设计GPS接收机射频前端芯片的各项系统指标见表1.

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全球无线及定位模块和芯片的领先供应商u-blox公司近日宣布推出F9技术平台,为面向大众市场的工业和...

发表于 2018-03-11 01:29 257次阅读
u-blox F9平台研发的基带和射频一体化芯片...

射频前端的一体化设计决定下一代移动设备发展

随着移动行业向下一代网络迈进,整个行业将面临射频组件匹配,模块架构和电路设计上的挑战。 直到早期的L...

发表于 2018-03-09 18:28 95次阅读
射频前端的一体化设计决定下一代移动设备发展

射频从业者必看,全球最大的砷化镓晶圆代工龙头解读

2010 年起因为从2G 进入3G 时代(2010~2013) ,带动智慧行动装置高速起飞,带动了射...

发表于 2018-03-09 18:08 90次阅读
射频从业者必看,全球最大的砷化镓晶圆代工龙头解读

cpu执行指令的过程详解

计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。即取指令-----分析指令-----执行指令。

发表于 2018-03-09 16:30 746次阅读
cpu执行指令的过程详解

大师教你如何制作一个简单的16位CPU

与mv指令类似,mvi指令也将一个数据送入Rx当中,只不过这次的数据存在指令当中,是立即数,所以Rx...

发表于 2018-03-09 14:23 868次阅读
大师教你如何制作一个简单的16位CPU

当单片机遇到多个模块的数据需要处理,应该怎么办?

将硬件系统区分为独立单元单独做成底层驱动函数和应用函数,并且函数正常应该有参数和返回值,其中返回值是...

发表于 2018-03-09 13:51 764次阅读
当单片机遇到多个模块的数据需要处理,应该怎么办?

指令周期的四个阶段详解

指令周期是取出一条指令并执行这条指令的时间。一般由若干个机器周期组成,是从取指令、分析指令到执行完所...

发表于 2018-03-09 10:51 707次阅读
指令周期的四个阶段详解

满意的2017答卷:AMD CPU/显卡正面的反...

JPR的数据再次给了AMD一剂强心针,2016年完成和NVIDIA三七开后,2017年的AMD在年末...

发表于 2018-03-09 10:13 126次阅读
满意的2017答卷:AMD CPU/显卡正面的反...

科锐与英飞凌越加紧密 27亿收购英飞凌射频功率事...

发光二极体(LED)上游晶粒制造大厂科锐(Cree Inc.)3月6日宣布以3.45亿欧元(约27....

发表于 2018-03-08 18:45 1458次阅读
科锐与英飞凌越加紧密 27亿收购英飞凌射频功率事...

英飞凌射频(RF)功率业务,以约3亿4500万欧...

英飞凌首席执行官Reinhard Ploss说:“Cree是我们射频业务的新东家,在业内有良好的声誉...

发表于 2018-03-07 13:46 1636次阅读
英飞凌射频(RF)功率业务,以约3亿4500万欧...

浮点处理器相对于定点处理器有何不同

C28x+FPU架构的C2000微处理器在原有的C28x定点CPU的基础上加入了一些寄存器和指令,来...

发表于 2018-03-07 08:57 1362次阅读
浮点处理器相对于定点处理器有何不同

为什么 CPU 只用硅做,而不用能耗更低的锗做?

CPU就是在一张硅片上,刻几百万个晶体二极管。但是在很早之前,晶体管一直是用锗做的。

发表于 2018-03-06 17:25 784次阅读
为什么 CPU 只用硅做,而不用能耗更低的锗做?

e络盟与 Amphenol SV Microwa...

全球电子元器件与开发服务分销商e 络盟宣布与 Amphenol SV Microwave 签署新的全...

发表于 2018-03-06 16:19 3249次阅读
e络盟与 Amphenol SV Microwa...

当 CPU 空闲时它都在做什么?

人在空闲的时候免不了昏昏欲睡那cpu空闲时在做什么呢?

发表于 2018-03-06 15:43 550次阅读
当 CPU 空闲时它都在做什么?

两款AMD锐龙APU发布

2月12日,两款AMD锐龙APU(Raven Ridge)正式上市,其中Ryzen 5 2400G售...

发表于 2018-03-06 11:24 556次阅读
两款AMD锐龙APU发布

看看5G射频连接器有哪些上市公司

10大5G射频连接器上市公司排名

发表于 2018-03-06 09:50 1541次阅读
看看5G射频连接器有哪些上市公司

CPU、MCU、FPGA、SoC芯片

目前世界上有两种文明,一种是人类社会组成的的碳基文明,一种是各种芯片组成的硅基文明。

发表于 2018-03-05 15:34 736次阅读
CPU、MCU、FPGA、SoC芯片

8代酷睿 VS AMD Ryzen

8代酷睿和AMD Ryzen在2017缠斗了一年,结局如何呢?作为参考数据之一,德国网站Mindfa...

发表于 2018-03-05 13:36 581次阅读
8代酷睿 VS AMD Ryzen

古法制作CPU

从无到有(make something from scratch)一直是工程师的浪漫,例如自行调配出...

发表于 2018-03-04 14:24 578次阅读
古法制作CPU

cpu晶体管为什么会计算

中央处理器(CPU,Central Processing Unit)是一块超大规模的集成电路,是一台...

发表于 2018-03-01 15:53 162次阅读
cpu晶体管为什么会计算

cpu有多少个晶体管

严格意义上讲,晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件,包括各种半导体材料制成的二极管、三极管、场...

发表于 2018-03-01 15:37 481次阅读
cpu有多少个晶体管

cpu晶体管如何放进去的

cpu里执行指令计算的是最基本的功能,在这里面,复杂指令机不同的指令分解开了就是一系列微命令,精简指...

发表于 2018-03-01 15:24 158次阅读
cpu晶体管如何放进去的

5g射频连接器上市公司排名介绍

射频同轴连接器射频同轴连接器的命名方法型号命名射频同轴连接器的型号由主称代号和结构代号两部分组成,中...

发表于 2018-02-26 10:10 596次阅读
5g射频连接器上市公司排名介绍

解析单片机中断处理过程、中断返回、中断撤除

中断响应是CPU对中断源中断请求的响应,包括保护断点和将程序转向中断服务程序的入口地址(通常称矢量地...

发表于 2018-02-23 09:30 1724次阅读
解析单片机中断处理过程、中断返回、中断撤除

CPU的核心数、线程数的关系和区别

核心又称为内核,是CPU最重要的组成部分。CPU中心那块隆起的芯片就是核心,是由单晶硅以一定的生产工...

发表于 2018-02-12 10:42 805次阅读
CPU的核心数、线程数的关系和区别

cpu线程多有什么好处

中央处理器主要包括运算器和高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线。它与内部存储器和...

发表于 2018-02-12 10:30 390次阅读
cpu线程多有什么好处

展讯与RDA合并完成 紫光展锐进一步推进国际化布...

今年紫光展锐将强势杀入手机芯片市场,推出自主研发CPU和推进4G芯片与大陆的合作,据悉射频前端业务是...

发表于 2018-02-08 10:47 340次阅读
展讯与RDA合并完成 紫光展锐进一步推进国际化布...

UHF频段无源RFID读写器系统总体方案设计

该模块的设计目标是设计出一款通用的应用于915MHz的射频收发模块,与控制部分通过自定义的I/O接口...

发表于 2018-02-08 07:57 507次阅读
UHF频段无源RFID读写器系统总体方案设计