多载波TD-SCDMA数字中频设计与实现

摘要

TD-SCDMA是有我国自主知识产权的第三代移动通信主流标准之一。中国的TD-SCDMA网络覆盖正在快速发展，从2009年发放3G(The Third Generation)牌照至今，TD-SCDMA网络在地级市的覆盖率已超过70％，全国性网络覆盖建设正在快速进行。
　　 数字中频是相对于基带信号和射频信号而言，它是连接基站内部基带与射频信号的关键，包括对数字信号的内插、上变频及合并多路发射信号等操作，还有对数字信号的下变频及抽取。其重要性在于保证过渡过程中信号的时频域特性不变。
　　 对数字中频的成功优化能够为TD-SCDMA基站内部提供低失真度的基带与中频过渡，例如数字中频能够为功率放大器系统提供良好的中频数字信号源，或者应用于模拟BBU系统帮助其性能优化。
　　 但数字中频处理面临以下问题：因为对信号的处理在中频进行，样本速率会远大于基带信号速率，从而导致信号速率的变化倍数过大。其次，如果滤波器设计不当，会对信号引入严重失真。通常增加滤波器阶数可以保证引入信号的失真度减小，但同时也会增大实现的复杂度。
　　 本文研究用于多载波TD-SCDMA的数字中频技术。首先，分析协议3GPPTS25.105(V5.6.0)中对输出信号的时频域规范，设计数字上变频总体指标。然后，采用多级上采样和滤波的方式完成对基带信号的上变频处理(包括脉冲成型、内插以及频谱搬移)或者下变频处理(包括抽取、载波分离以及脉冲成型)。最后，通过浮点与定点仿真验证设计性能，其中数字上变频进行FPGA实现性能测试。
　　 测试结果显示，设计的数字中频模块能够为系统提供符合TD-SCDMA标准规范的信号。MATLAB及Simulink浮点与定点仿真结果表明，经过数字上变频器的多载波信号，其误差向量幅度、邻近信道泄漏功率比以及复合频谱模板都符合协议规范。此外，数字下变频器的接收能力在邻近信道选择性测试中，性能测试结果高出协议规范。在高效率功放系统的FPGA实现测试中，数字上变频器为系统提供符合设计要求的高速率信号源。
　　 设计的数字中频对信号引入的失真度在协议规范之内，保证了信号从基带到射频的良好过渡。它为功放系统提高效率提供必要的前提，也为模拟BBU系统的实用提供良好保证，具有重要的工程实用价值和经济价值，也具有一定的理论价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、缩略词表

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 TD-SCDMA发展现状

1.1.2 多载波TD-SCDMA

1.2 项目背景

1.2.1 高效率功率放大器系统

1.2.2 模拟BBU

1.3 数字中频技术综述

1.3.1 数字中频发展

1.3.2 重采样滤波器

1.3.3 带通采样定理

1.3.4 ADC采样率设计

1.4 内容及结构安排

第二章 多载波TD-SCDMA数字中频关键技术研究

2.1 引言

2.2 采样方案设计

2.2.1 ADC和DAC的采样率

2.2.2 高效率功放系统中的ADC和DAC设计

2.2.3 模拟BBU中的ADC设计

2.3 DUC设计

2.3.1 高效率功放系统

2.3.2 DUC功能概述

2.3.3 基于多级内插级联FIR的DUC

2.4 高效率功放系统中的DDC设计

2.5 模拟BBU系统中的DDC设计

2.5.2 第一级下采样滤波器

2.5.3 第二级下采样滤波器

2.5.4 第三级下采样滤波器

2.5.5 第四级下采样滤波器

2.6 小结

第三章 数字上变频和下变频的浮点及定点仿真

3.1 下行链路仿真

3.1.2 多级滤波器的复合频谱

3.1.3 邻近信道泄漏功率比

3.1.4 误差向量幅度

3.1.5 误码率仿真

3.1.6 定点仿真

3.2 上行链路仿真

3.2.1 ACS测试

3.2.2 误码率分析

3.3 小结

第四章 数字中频的FPGA实现

4.1 硬件平台介绍

4.2 FPGA顶层介绍

4.3 DUC设计

4.3.1 DUC顶层

4.3.2 FIR1_RRC模块

4.3.3 FIR2模块

4.3.4 FIR3模块

4.3.5 FIR4模块

4.3.6 DDS模块

4.3.7 FIR5模块

4.4 DDC设计

4.5 测试结果

4.6 小结

第五章 结束语

5.1 本文总结及主要贡献

5.2 下一步待完善工作的建议

致谢

参考文献

个人简历

攻读硕士学位期间的研究成果