軟件無線電接收機射頻前端設計與仿真

楊建飛

（中國電子科學研究院，北京，100041）

軟件無線電接收機射頻前端設計與仿真

楊建飛

（中國電子科學研究院，北京，100041）

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

軟件無線電；射頻前端；寬帶收發

0 引言

軟件無線電是在數字化的平臺下，以軟件可編程為核心，能夠實現多波段、多體質、多制式、通用式接收，并且還能夠實現多種通信協議、多種波形結構的兼容。軟件無線電系統能夠在兼容多種通信協議的同時，防止被敵人截獲；還能夠在快速升級的同時，控制其成本費用的上升，這些特點都極大地滿足了軍事通信的需求。因此發展軍用軟件無線電系統是未來軍事通信的必然趨勢。本文設計了一種適用于軟件無線電體系的射頻前端收發模塊，具有寬動態范圍、高靈敏度、低噪聲系數等特點。

圖2 .1寬帶中頻采樣數字化結構

1 系統設計

1.1 結構設計

軟件無線電系統由天線、射頻前端、寬帶數/模-模/數轉換器、通用和專用數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計和各個射頻模塊的電磁兼容問題是設計和考慮的難點。

本系統采用的軟件無線結構如圖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構的中頻數字接收機的不同之處。

1.2 指標分析

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

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

由級聯網絡的噪聲系數公式可知當第一級具有高增益的情況下，系統的總的噪聲系數可以由第一級決定，因此在設計時要盡量使第一級具有較低的噪聲系數，并且還要有較高的增益。

系統的靈敏度和噪聲系數可行性論證：

傳輸信號的帶寬為10MHz，接收機的噪聲系數為5dB，接收機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：

由于目前的接收機調制解調普遍采用了擴頻技術，在采用擴頻的通信系統中，調制特性系數GP可以為負數，通常為負的十幾甚至是二十幾，考慮到這一點，本方案理論能達到-110dBm的靈敏度。

通過對射頻前端幾項指標的分析，結合所選器件的性能參數，理論設計了射頻前端的整體增益和噪聲系數等參數的分配方案。

圖4 .1諧波仿真結果

圖4 .2 鏈路仿真結果

2 技術方案

2.1 AGC的設計

本方案選用VGA芯片ADL5330和相應的自動增益控制芯片AD8318，ADL5330是一個寬頻帶的VGA，工作在100MHz時的增益范圍可為：-35dB～23dB，工作在450MHz的增益范圍為-35dB～22dB，輸入1dB壓縮點在增益范圍內都保持在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絡的衰減量，控制電壓范圍為0.1v～1.4v，以獲得58dB的動態范圍。

2.2 功放的設計

在選擇功率放大器的時候除了要考慮增益，輸出功率的1dB壓縮點和放大器的穩定度外，還要注意其工作效率。功率放大器作為一個大功率的器件是整個發射支路的主要發熱部分，對于功率較大的功率放大器來說其產生的熱量如何散發出去在穩態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，通常可以通過屏蔽盒可以將大部分熱量散發出去，但是選擇一個效率較高的芯片往往也是整個系統能夠正常工作的保障。

3 仿真結果及分析

在確定了射頻前端的方案后，在ADS軟件上對本方案進行了諧波仿真和鏈路仿真。發射支路的1dB壓縮點為34.5dBm，輸出的三階互調截止點45dBm以及輸出功率33.26dBm，發射支路總增益為33.26dB，均滿足設計要求。仿真結果如圖4.1和圖4.2所示。

作者簡介

王際兵，趙明，姚彥，軟件無線電發展動態[N]，清華大學學報，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