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LTE230无线通信系统设计要点

2019年11月02日 文章来源:网络整理 热度:158℃ 作者:刘英

?针对230 MHz频段频点分布离散、带宽窄、无法直接进行高速数据传输的问题,设计出一种新型的低成本、高可靠性、高性能的数字中频接收机。该接收机采用两级数字下变频、下采样、滤波结构,实现了对230 MHz频段40个离散频点的聚合,从而达到宽带传输的效果。经仿真及FPGA验证通过后,该接收机已应用到LTE230无线通信基带芯片并在试点项目中长时间稳定运行,充分表明数字中频接收机的设计是很成功的。

关键词: LTE230;数字中频接收机;数字下变频;下采样;滤波器

中图分类号: TN851

文献标识码: A

DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.170880

中文引用格式: 周春良,周芝梅,王连成,等. LTE230数字中频接收机的设计[J].电子技术应用,2017,43(9):46-49.

英文引用格式: Zhou Chunliang,Zhou Zhimei,Wang Liancheng,et al. Design of a digital IF receiver for LTE230[J].Application of Electronic Technique,2017,43(9):46-49.

0 引言

LTE230是一种基于TD-LTE先进技术、结合电力行业业务定制开发的专用无线通信系统,该系统部署在223-235 MHz频段(简称230频段)上。230频段资源呈无规则、梳状结构,频点分布离散,单频点带宽很窄、传输能力有限,在电力应用中为了进行高速率数据传输,须聚合几十个频点来解决频带资源受限的问题[1]。现有LTE-Advanced系统的载波聚合处理方法是针对大带宽、高速率的公网频段设计的,在频点数、频点带宽、邻频抑制等方面差异较大,无法直接应用到230频段;文献[2]借鉴LTE-Advanced提出的230频段中频接收机采用3路独立的混频、中频带通滤波和模数转换,本质上是一种模拟实现方式,硬件结构复杂,可靠性有待提高,并不适用于LTE230终端通信模块中。针对230频段载波聚合的中频信号处理,本文以接收机为例,专门设计了一种低成本、高可靠性、高性能的数字中频接收机。

1 230频段频谱特点及LTE230帧结构

230频段是国家无委会规定作为遥测、遥控和数据传输使用的频段,目前主要被能源、军队、水利、地矿等行业使用。230频段总带宽为12 MHz,划分为480个频点,每个频点为25 kHz,其中有40个频点可用于电力负荷监控系统,如图1,40个频点分为3个簇,中间10个为单工频点,两边各有15对双工频点[2]。?

LTE230无线通信系统设计要点

LTE230在网络结构、空口技术等方面和TD-LTE基本相同,但工作频段及系统可配带宽较为特殊,导致物理层帧结构有较大差异。如图2,LTE230每个频点的一个无线帧均包含5个时长为5 ms的子帧,每个子帧包括9个OFDM符号,OFDM符号采用64点FFT,子载波间隔为2 kHz,有效子载波数10个。

LTE230无线通信系统设计要点

2 接收机总体设计

2.1 接收机设计原理

230频段频点虽离散,但在连续的12 MHz带宽内,和LTE-Advanced相比总带宽要小很多,可采用单频段非连续载波聚合方式,通过一个射频单元,将230频段12 MHz带宽内信号作为一个整体搬到零频,经模数转换后,在数字域进行中频接收处理,将分散在12 MHz带宽内独立的带宽为25 kHz的高速中频信号转换为低速基带信号,以便后续信号处理。

2.2 接收机总体结构

如图3,接收机主要由射频芯片和基带芯片组成,射频芯片采用AD9361,内嵌模数/数模转换器,工作在单端口TDD模式,可分时进行收发。射频芯片和基带芯片之间采用基于JESD207的12 bit并行数字双沿接口,接收时由射频芯片产生12.8 MHz时钟,I路数据在时钟上升沿传送,Q路在下降沿传送。射频接口的主要功能是产生接收控制信号并把射频芯片数字接口的DDR I/Q数据转化为并行I/Q数据,同时完成从射频接口12.8 MHz时钟域到中频接收链路51.2 MHz时钟域的转换。中频接收链路负责把所需频点基带信号从中频信号中抽取出来经接收DMA送到系统存储器,并通过中断通知基带处理SoC中的DSP进行后续的FFT运算、解调、解码等处理。

LTE230无线通信系统设计要点

2.3 中频接收链路设计指标

中频接收链路通过数字下变频和抽取滤波来实现信号从中频到基带的变换,在上述变换过程中,须尽量保证带内信号的时频域特性不变并最大限度抑制带外噪声。中频接收链路是接收机性能的关键部件,根据LTE230规范,经系统分析提取出如表1的设计指标要求。

LTE230无线通信系统设计要点

2.4 中频接收链路结构?

如图4,中频接收机数据链路采用两级数字下变频、下采样、滤波结构,从射频接收到的数据中抽取出所需的每个频点数据。

LTE230无线通信系统设计要点

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