第三代移动通信系统多频多模移动终端射频技术的研究

摘要

截止到1998年6月,提交到ITU的地面第三代移动通信系统无线传输技术(RTT)共10种。CDMA技术在提案中占据了绝大多数,宽带的CDMA技术成为主流无线接入技术。由于无法对第三代移动通信的各种无线传输技术标准和频段进行统一,而且需要兼顾现在已经存在并大规模使用的第二代的系统,IMT-2000的发展策略已偏向网络接口标准和互通方案,以使得未来的通信系统能够很好的并存运营。在这样的状况下,网络中的多频多模多业务就需要通过多频多模终端来实现。 基于各个第三代移动通信系统的多频多模技术的研究是非常有意义的,这对于最终支持商用的高集成度的支持多频多模移动运营网络的芯片的合理设计是有着非常重要的意义。本课题的选择的内容在于研究第三代移动通信系统的三种主要制式cdma2000、W-CDMA和TD-SCDMA可实现的射频终端的设计方案及技术,和可实现的对这三种主要制式能够兼容的多频多模射频终端及技术。课题中针对全球第三代移动通信网络发展而即将形成的多种频段、多种模式系统并存的局面,熟悉各个标准的射频指标和相关的物理层协议内容,研究各个模式的射频模块,手机模块和支持多种频段、多种模式移动通信网络的多频多模射频模块,具体研究cdma2000、W-CDMA和TD-SCDMA射频模块、多模多频射频模块和技术,并提供可供实际测试的满足上述多模多频射频模块。因此课题中主要的工作内容有:cdma2000射频模块、手机板射频部分和手机模块的研究；W-CDMA射频模块的研究；TD-SCDMA射频模块的研究；W-CDMA/cdma2000/TD-SCDMA多频多模射频模块的研究；多频段低相噪的频率合成器的研究；基于数字中频的多频多模射频模块的验证系统的研究。 具体的,针对cdma2000系统的指标要求,在cdma2000射频模块,cdm2000手机板和cdma2000手机模块的设计中,采用了发射两次变频,接收两次变频的方案。对于不同的设计,选取的发射中频频率和接收中频频率有所不同,选取中频时考虑了芯片的限制和中频滤波器的可选择性使得设计合理及成本较低。在W-CDMA射频模块的设计中,也采用了发射两次变频,接收两次变频的方案。在TD-SCDMA射频模块的设计中,尝试了发射两次变频,接收直接解调的方案,发射的本振源和接收的本振源都只用一个。在W-CDMA/cdma2000/TD-SCDMA多频多模的射频模块中,根据实际的情况,综合了几种方案,采用了调制方式为直接调制,与数字部分的接口为模拟基带I、Q信号的发射链路以及变换方式为一次变频,与数字部分接口为数字中频信号的接收链路的方案。为了满足多频多模终端射频模块中较低的相位噪声的要求,并获得合适的频率范围,在本课题中还提出了多频段低相噪频率合成器模块方案,在多频段的频率合成器的方案中,振荡器为自行设计的多频段振荡器电路,其锁相环电路中选取∑△的频率合成器芯片。最后,为了对多频多模射频模块进行合理的测试,还设计了一个验证系统平台。可以完成基带数字信号和射频模拟信号之间的转换接口,回环测试可以让我们在熟悉的模拟信号环境下观察接收下来的信号的质量,并可通过计算机终端对接收信号进行监测。在课题各个部分的仿真和设计的描述后,都给出了实际的测试结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 第三代移动通信系统发展略述

1.2 扩频通信

1.2.1 基本概念：

1.2.2 扩频通信的主要优缺点：

1.2.3 多址码的分类

1.3 第三代移动通信系统三种无线传输方案的背景概述

1.3.1 cdma2000移动通信系统

1.3.2 W-CDMA移动通信系统

1.3.3 TD-SCDMA移动通信系统

1.4 多频多模终端

1.5 主要完成的工作和论文的内容安排

第2章现代移动通信系统射频相关技术部分要点分析

2.1 电波传播

2.1.1 自由空间传播

2.1.2 多径传播

2.2 噪声和干扰

2.2.1 噪声

2.2.2 干扰

2.3 信号的EVM

2.3.1 EVM与波形系数之间的关系

2.3.2 影响EVM指标的因素

2.4 数字调制

2.4.1 目前数字移动通信系统中的调制技术

2.4.2 MSK和GMSK调制

2.4.3 相位调制

2.5 功率控制

2.5.1 功率控制的准则

2.5.2 功率控制的方法

2.6 软件无线电

2.6.1 采样定理

2.6.2 软件无线电的结构

2.6.3 多速率信号处理

2.6.4 数字滤波器

第3章cdma2000移动终端

3.1 cdma2000移动终端系统概述

3.2 cdma2000移动终端的主要射频指标

3.3 cdma2000移动终端系统射频部分的基本结构

3.4 系统仿真

3.5 cdma2000射频模块

3.5.1 背景

3.5.2 系统结构

3.5.3 电路实现

3.5.4 测试结果

3.6 cdma2000手机板设计

3.6.1 背景

3.6.2 系统结构

3.6.3 电路实现

3.6.4 测试结果

3.7 cdma2000模块设计

3.7.1 背景

3.7.2 系统结构

3.7.3 电路实现

3.7.4 测试结果

3.8 小结

第4章W-CDMA移动终端射频模块和TD-SCDMA移动终端射频模块

4.1 W-CDMA移动终端射频模块

4.1.1 W-CDMA移动终端系统概述

4.1.2 W-CDMA移动终端的主要射频指标

4.1.3 W-CDMA移动终端射频模块的系统结构

4.1.4 W-CDMA移动终端射频模块的系统仿真

4.1.5 电路实现

4.1.6 测试结果

4.2 TD-SCDMA移动终端射频模块方案

4.2.1 TD-SCDMA移动终端系统概述

4.2.2 TD-SCDMA移动终端的主要射频指标

4.2.3 TD-SCDMA移动终端射频模块的系统结构

4.2.4 TD-SCDMA移动终端射频模块的系统仿真

4.2.5 TD-SCDMA移动终端射频模块的实现与测试

第5章多频多模移动终端射频模块

5.1 多频多模移动终端射频模块的背景

5.1.1 第三代移动通信网络的状况

5.1.2 第三代移动通信终端的发展

5.2 多频多模移动终端射频模块的系统方案

5.2.1 成熟的射频链路的方案

5.2.2 多频多模终端射频链路方案

5.3 多频多模方案部分链路的仿真

5.3.1 功放电路的仿真

5.3.2 接收链路闭环AGC电路的仿真

5.3.3 仿真结论

5.4 多频多模移动终端射频模块的电路实现

5.5 测试结果

5.5.1 W-CDMA模式下的测试

5.5.2 cdma2000模式下的测试

5.5.3 TD-SCDMA模式

5.5.4 模块测试结果总结

第6章多频段频率合成器模块

6.1 基本原理和技术要点

6.1.1 振荡器

6.1.2 锁相环

6.1.3 频率合成器

6.2 多频段低相噪频率合成器模块方案与仿真

6.2.1 多频段低相噪频率合成器块的方案

6.2.2 方案的仿真

6.3 多频段低相噪频率合成器模块实现

6.3.1 模块的实现

6.3.2 模块的测试结果

6.4 小结

第7章多频多模射频模块的验证系统平台

7.1 多频多模射频模块验证系统平台的概述

7.2 多频多模射频模块验证系统平台方案

7.2.1 方案的构成

7.2.2 平台实现的主要问题

7.3 多频多模射频模块验证系统平台和部分测试情况

7.3.1 平台的实现

7.3.2 回环测试的DA输出信号

7.3.3 AM信号测试

7.4 小结

第8章未来的展望—第四代移动通信系统

8.1 第四代移动通信系统的概念和特点

8.1.1 概念

8.1.2 特点

8.2 4G的网络结构

8.2.1 ITU构想的网络结构

8.2.2 国家“863”计划FUTURE项目组构想的网络结构

8.3 TDD模式下的系统的优点和问题

8.3.1 TDD系统的主要优点

8.3.2 TDD系统的主要问题

8.4 B3G系统中射频子系统的基本系统指标和结构方案

8.4.1 MIMO系统模型示意

8.4.2 主要系统指标

8.4.3 B3G项目射频子系统的基本方案结构

8.4.4 B3G项目射频子系统的进行状况

8.5 小结

总结

参考文献

致 谢

作者简介

作者在攻读工学博士学位期间完成和发表的学术论文

作者在攻读工学博士学位期间已获得的和提交申请的专利