5G数字多波束阵射频收发信机的研制

摘要

目前，第五代移动通信（5G）已成为全世界移动通信领域的研究热点。大规模MIMO技术作为5G的关键技术之一，可大幅提高频谱效率和系统容量。本文针对5G大规模MIMO数字多波束阵测量系统中的射频收发信机开展研究，主要工作如下： 设计并实现了应用于5G大规模MIMO数字多波束阵测量系统的3.5GHz频段四通道射频收发信机，TDD的双工方式，支持100MHz带宽。该四通道射频收发信机使用高度集成的直接变频宽带射频收发芯片AD9371，可拼接形成64通道大规模MIMO射频收发系统。结合系统的指标要求，本文设计了接收机前端以满足动态范围的要求，同时还设计了发射机前端以提高输出功率。通过ADS软件仿真验证了接收机前端和发射机前端的设计的合理性，并对低噪声放大器、功率放大器、滤波器等射频器件进行了仿真与测试。另外，还给出了系统时钟模块和电源模块的设计方案。 在仿真设计的基础上，制作了四通道射频收发信机的实物并进行了测试。接收机前端的增益约为28.5dB，100MHz带宽内增益平坦度为0.73dB，噪声系数小于3dB；接收机整机在100MHz带宽内的单音信号边带抑制比小于-78.4dBc，直流偏移小于-76.8dBFS，线性动态范围为70dB。发射机整机在100MHz带宽内增益平坦度为0.93dB，单音信号的边带抑制比在-50.2dBc以下，载波抑制比在-64.5dBc以下。对于符号速率80Msps的64QAM调制信号，发射机上下相邻信道的ACPR分别为-57.8dBc和-60.5dBc；另外还测试了发射机的调制精度，符号速率20Msps的QPSK、16QAM、64QAM调制信号的EVM分别为1.21%、1.01%、0.78%，符号速率80Msps的QPSK、16QAM、64QAM调制信号的EVM分别为2.55%、2.41%、2.20%。以上测试结果表明所设计的射频收发信机性能良好、符合设计要求。

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