一種高集成度TDD模式射頻收發模塊

杜德棚

摘 要：文章介紹了一種高集成度TDD模式的射頻收發模塊，在移動通信的F頻段（2 015～2 025 MHz），實現射頻與數字基帶互相轉換，Tx功率達到2 W，接收NF小于2.1 dB，收發EVM指標全面達到要求。

關鍵詞：高集成度；TDD模式；移動通信；F頻段；射頻模塊；數字基帶

移動通信系統的技術正在飛速發展，高集成度的射頻收發模塊有非常重要的作用，可以有效縮小體積，降低設備成本。本文系統地介紹了一種高集成度TDD模式的射頻與基帶收發轉換模塊，指標全面達到要求。

1 整體架構分析

1.1 整體框圖

射頻與基帶轉換模塊的框圖如圖1所示，工作在TDD模式。

1.2 接收端射頻方案

1.2.1 高速率（240 kbps）用零中頻方案

天線接收到的信號經過收發開關進入LNA，進行低噪聲放大。信號經過SAW濾波后通過AMP放大，降低后級混頻及基帶電路產生的噪聲干擾，之后經過正交直接變頻為模擬基帶I/Q信號，通過濾波器LPF1進行信道選擇，APGA提供可變增益放大，滿足信號AGC范圍。I/Q基帶信號經過A/D采樣后以串行數字形式送給基帶處理芯片進行解調。

在零中頻方案中，MIXER2和CHANNEL FILTER+GAIN會Bypass。基帶芯片通過解調確定實測信號的幅度，產生AGC控制信號，并通過SPI將AGC控制信號寫入射頻芯片的寄存器，調整可變增益放大器的增益以滿足基帶信號電平的要求。直流誤差補償環路和鏡像抑制電路在射頻芯片中實現，自動完成直流誤差補償和鏡像抑制補償。

1.2.2 低速率（16 kbps）用低中頻方案

在低中頻方案中，MIXER2和CHANNEL FILTER+GAIN會使能，MIXER2之前的工作原理與零中頻方案相同。中頻I/Q信號進入ADC，A/D采樣后經數字混頻器解調至基帶，再經過多相濾波器濾除鏡像頻率，經并串轉換后輸出。

1.3 發射通道方案

發射采用零中頻方案，從基帶芯片送來的串行數據信號轉換為并行信號后，通過射頻芯片DAC部分轉換成模擬信號并放大濾波，上變頻部分MIXER3將基帶模擬信號調制到射頻發射頻率，放大部分PPA對射頻信號進行放大。發射SAW波器濾除帶外噪聲，減少發射雜散和噪聲，滿足雜散輻射要求。2 W功放芯片實現信號功率放大，最后通過射頻收發開關進入天線。

2 指標分析

2.1 接收鏈路指標分析

2.1.1 計算噪聲系數

接收機的靈敏度需求為：-124dBm@BW=21.6 kHz；其中占用帶寬是21.6 kHz，有用帶寬為16 kHz，應該以有用帶寬計算靈敏度。

根據靈敏度計算公式：

=-174 dBm/Hz +10 Log（BW）+ NF + SNR；由于基帶可以解調的SNR=3.7 dB，

可得：NF=+174 dBm/Hz -10 Log（BW）-SNR

=-124 dBm-（-174 dBm/Hz）-10 log（16 kHz）-3.7 dB

=4.26 dB

由以上結果，有NF<4.26 dB，相對于系統要求的NF<3 dB，余量為 1.26 dB。

2.1.2 鏈路仿真結果

靈敏度仿、NF和Gain仿真結果如圖2所示。

仿真結論表明，NF=2.03 dB，靈敏度=-126.2 dB，達到要求。

2.2 發射鏈路指標分析

Tx鏈路的仿真結果如圖 3所示。

由于射頻芯片的Tx最大輸出功率為7.5 dBm，且當Pout>0 dBm時，Tx會出現非線性產物，在Tx載波附近會逐漸出現雜散。為了減小非線性產物，射頻芯片的Pout應回退，滿足Pout<0 dBm。

由于天線口輸出功率為33 dBm，且信號峰均比為3.7 dB，為了滿足功率和增益要求，選取高增益功放MAG 43 528，Gain=39.5 dB，OP1dB=36.5 dBm，即4.5 W。

鏈路總增益為36 dB，射頻芯片的Tx輸出功率為-3 dBm，滿足功率回退要求。

3 實測結果

3.1 接收通道噪聲系數

接收通道噪聲系數的測試結果如表1和圖4所示。噪聲系數計算方法：

NF（dB）=Pin-KT-C/N0

=（Pin-（-174 dBm/Hz））-（C/N0）

=50 dB-（C/N0）

其中，C/N0是基帶輸出信噪比。

3.2 接收通道I/Q輸出的EVM

接收通道I/Q輸出的EVM結果如表 2和圖 5所示。

3.3 發射通道的EVM

3.3.1 測試表格

發射通道的EVM測試結果如表 3和圖 6所示。

3.4 發射通道ACPR

測試條件和測試結果如表 4和圖 7所示。

4 結語

根據本方案設計的F頻段射頻收發模塊，實現射頻信號與數字基帶的轉換，性能指標全面滿足要求，可以作為移動通信終端的2 W射頻模塊，是移動通信系統的重要組成部分。

[參考文獻]

[1]陳邦嬡.射頻通信電路[M].北京：科學出版社，2006.

[2]王文祥.微波工程技術[M].北京：國防工業出版社，2014.

Abstract： This paper introduces a highly integrated TDD mode RF transceiver module. In F band （2 015-2 025 MHz） of the mobile communication， it actualizes the conversion of radio frequency signal and digital baseband signal， and Tx power reaches 2 W， Rx NF is less than 2.1 dB， Tx and Rx EVM fully meet the requirements.

Key words： highly integrated； TDD mode； mobile communication； F band； RF module； digital baseband