本发明专利技术公布了一种用于下一代无线通信网络的宽带ＭＩＭＯ射频收发系统，包括接收模块、本振模块和发射模块，另外还包括电源模块和控制模块。本发明专利技术采用了１００ＭＨｚ信道带宽，６发６收的ＭＩＭＯ配置，实现了超过１０ｂｉｔ／Ｈｚ的频谱利用效率，现场测试表明本发明专利技术可以支持超过１Ｇｂｉｔ／ｓ的数据传输率，满足国际电信联盟对下一代数字移动通信系统（４Ｇ）的要求。本发明专利技术充分结合、利用超外差结构和零中频结构的优点，采用不对称的结构，在发射模块采用零中频结构，在接收模块采用超外差结构。这种方式在保证了系统性能的同时，降低了电路的复杂度，减少了系统的成本。本发明专利技术的本振模块采用了创新的设计，降低了系统的成本和电路的复杂程度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微波无线通信收发系统，尤其是满足IMT-Advanced系统要求，并 且可应用与下一代无线通信系统的宽带MIMO收发系统。
技术介绍
移动通信技术与产业在过去的十年间得到迅猛的发展，目前已经在世界范围内建 立了完善的服务网络，为人们提供了便捷、高质量的通信服务，改变了人们的生活方式，同 时也创造了巨大的经济效益。近年来随着流媒体、社交网络、网络下载等新型社交与娱乐 方式对生活的影响日益加深，人们对移动业务的数据传输率要求越来越高，传统的基于电 路交换的第二代数字移动通信网络如GSM、CDMA等根本无法满足要求。目前在世界各地 正在迅速普及的第三代移动通信网络采用如WCDMA、CDMA2000、TDS-CDMA等标准，提供了 比较高的数据传输率，其长期演进(LTE)项目目前可以支持的峰值数据传输率更是超过了 300Mbit/s。根据国际电信联盟对于第四代数字移动通信网络(即IMT-Advanced)的定义， 下一代无线通信系统必须在高速移动环境下提供超过lOOMbit/s的数据传输率，同时在 低速移动的条件下要提供超过lGbit/s的数据传输率，现有的标准均无法达到要求，目前 LTE-Advanced和Mobile Wimax作为第四代数字移动通信网络的候选标准，正在积极制定 与完善中。提高系统的数据传输率一般有两种方法，一种是增加信道带宽，第二种是提高频 谱利用率。通过增加信道带宽来提高数据传输率是显而易见的，目前LTE的最大信道带宽 已经从WCDMA网络的5MHz提高到了 20MHz。但是由于频谱资源的限制，信道带宽没有办法 无限制的增加，因此就需要在增加信道带宽的情况下，尽量提高频谱利用率。目前提高频谱 利用率的技术手段主要有采用高阶的数字调制技术以及采用多入多出(MIMO)技术即多天 线技术。目前采用4发4收配置的LTE系统可以达到下行峰值传输率326. 4Mbit/s的水平。射频收发信机是移动通信网络的关键组成部分，它的主要作用是将基带子系统生 成的模拟基带信号调制到载频上，并通过天线辐射出去，同时将接收到的射频信号解调为 模拟基带信号提供给基带子系统进行处理，射频收发信机的性能指标影响着整个无线通信 网络的服务质量。目前射频收发信机广泛应用的构架主要有两种，一种是超外差结构，另外 一种是零中频或直接变频结构。其中超外差结构应用的最早最为广泛，图1为采用正交调 制的超外差接收机的结构框图。采用超外差结构可以得到最好的性能，可是带来的缺点就 是电路复杂度较高，器件数较多，成本较高，体积较大，不易于集成。图2为零中频结构发射 机的结构框图，零中频结构由于其结构简单，成本较低且易于集成，因此受到越来越多的关 注。但是由于零中频结构本身存在各种技术问题如直流偏移、闪烁噪声等，其所能达到的性 能指标没有超外差结构高。如上所述，由于国际电信联盟对下一代数字移动通信系统的要求远远超过现有的 标准，目前没有商用的射频收发信机可以满足要求。
技术实现思路
本专利技术是一种宽带多入多出(MIMO)射频收发系统，解决了现有技术中存在的上述 问题，满足国际电信联盟对下一代数字移动通信网络的要求。通过采用6发6收的多入多 出(MIMO)工作方式，实现了超过lObit/Hz的频谱效率，现场测试表明其完全可以支持超过 lGbit/s的数据传输率。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案本专利技术所述的用于下一代无线通信网络宽带MIMO射频收发系统，工作载频为 3. 45GHz，采用时分双工(TDD)工作方式。为了满足IMT-Advanced系统要求，采用IOOMHz信 道带宽，同时采用6发6收的MIMO配置，即包括6块独立的射频收发信机，每一块射频收发 信机均实现完整的射频收发功能。除6块射频收发信机外，本专利技术所述宽带MIMO射频收发 系统还包括一块电源板和一块控制板。上述射频收发信机由本振模块、发射模块和接收模块组成。为了减少系统的复杂 度与成本，同时兼顾系统的性能，本专利技术对发射模块和接收模块采用不同的系统构架，其中 发射模块采用零中频结构。接收模块采用超外差结构，中频设定在1. 15GHZ。本振模块要同时支持零中频与超外差结构，并且为了减少系统成本、体积和不必 要的干扰，本振模块采用一个VC0，振荡频率为2. 3GHz，然后通过二分频以及混频得到用于 零中频发射机的3. 45GHz本振，这种方案同时避免了频率牵引的问题。接收模块的第一本 振由2. 3GHz的VCO直接产生，第二本振由二分频器产生。发射模块采用零中频结构，包括运算放大器、正交调制器、滤波器、射频开关、数控 衰减器、放大器、功率放大器、发射功率检测电路、发射电源模块等。发射模块的输入来自基 带系统产生的模拟基带信号，采用差分的工作模式，这种方式不但增强了系统的抗共模干 扰能力，同时减少了正交解调器的偶次谐波分量的产生。输入的模拟基带信号经过运算放 大器放大并得到一个电压偏置后输入到正交调制器，正交调制器将模拟基带信号直接调制 到3. 45GHz的载频上。然后射频信号经过滤波与放大后输入到射频开关，射频开关由基带 产生的收发控制信号进行控制。此开关可以增加发射模块与接收模块之间的隔离度。发射 模块需要的增益控制由两个数控衰减器来实现，共可以提供大于60dB的增益控制。射频信 号最终经功率放大器放大后输入到射频开关，此射频开关取代了传统时分双工(TDD)工作 所需的环流器和隔离器，简化了电路设计，减小了体积，降低了成本。射频开关由基带产生 的收发控制信号控制，在发射状态下，经放大的射频信号通过射频开关输出到天线，同时发 射功率检测电路随发射功率的大小产生相应的直流电平输出到控制板。发射模块的线性输 出功率为20dBm。接收模块采用超外差结构，包括低噪声放大器、镜像抑制滤波器、射频放大器、下 变频器、中频放大器、中频滤波器、数控衰减器、射频开关、正交解调器、运算放大器、接收功 率检测电路、收发控制电路、接收电源模块等。通过天线接收到的射频信号输入到射频开 关，射频开关由基带产生的收发控制信号控制，在接收状态下，接收的射频信号输入到低噪 声放大器，经过放大的射频信号输出到镜像抑制滤波器，镜像抑制滤波器的输出端接射频 放大器，经射频放大的信号输出到下变频器的输入端。下变频器采用无源混频器，提高了系 统的线性度同时减小了噪声系数。中频滤波器采用两个介质腔体滤波器，因其体积小且性 能出众。接收增益控制采用两级数控衰减器实现，共提供大于60dB的增益控制。中频信号5经放大和滤波后输入到正交解调器。正交解调器将中频信号解调为差分的IQ模拟基带信 号，得到的模拟基带信号经过运算放大器的放大并实现差分信号转单端信号的变换，输出 给基带系统处理。本振模块，包括压控振荡器(VC0)、频率合成器、放大器、3dB电桥、IOdB定向耦合 器、二分频器、混频器、滤波器、电源模块等。由VCO产生的频率为2. 3GHz的射频信号，一路 输入到一个放大器，另外一路输入到频率合成器的射频输入端进行鉴相。经过放大器放大 的信号通过IOdB定向耦合器输入到一个3dB电桥，3dB电桥的一路接一个放大器，经过放 大的2. 3GHz信号作为接收模块的第一本振信号输入到下变频器中。IOdB定向本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于下一代无线通信网络的宽带多入多出（ＭＩＭＯ）射频收发系统，其特征在于采用６块独立的射频收发信机、电源板和控制板；所述电源板把外接电源转换为本系统所需电压，为本系统供电；所述控制板控制本系统的工作；所述射频收发信机工作载频为３．４５ＧＨｚ，信道带宽为１００ＭＨｚ，工作方式为时分双工；射频收发信机包括发射模块、接收模块和本振模块，其中发射模块采用零中频结构，接收模块采用超外差结构，中频设定在１．１５ＧＨｚ；所述本振模块采用一个压控振荡器（ＶＣＯ），振荡频率为２．３ＧＨｚ；所述压控振荡器产生的２．３ＧＨｚ信号通过二分频后得到两路１．１５ＧＨｚ信号，其中一路为接收模块的１．１５ＧＨｚ本振信号，另一路再与所述的２．３ＧＨｚ信号混频得到用于零中频发射机的３．４５ＧＨｚ本振信号。
【技术特征摘要】
一种用于下一代无线通信网络的宽带多入多出(MIMO)射频收发系统，其特征在于采用6块独立的射频收发信机、电源板和控制板；所述电源板把外接电源转换为本系统所需电压，为本系统供电；所述控制板控制本系统的工作；所述射频收发信机工作载频为3.45GHz，信道带宽为100MHz，工作方式为时分双工；射频收发信机包括发射模块、接收模块和本振模块，其中发射模块采用零中频结构，接收模块采用超外差结构，中频设定在1.15GHz；所述本振模块采用一个压控振荡器(VCO)，振荡频率为2.3GHz；所述压控振荡器产生的2.3GHz信号通过二分频后得到两路1.15GHz信号，其中一路为接收模块的1.15GHz本振信号，另一路再与所述的2.3GHz信号混频得到用于零中频发射机的3.45GHz本振信号。2.根据权利要求1所述的用于下一代无线通信网络的宽带多入多出(MIMO)射频收 发系统，其特征是所述本振模块，包括压控振荡器(VC0)、环路滤波器、频率合成器、放大器、 3dB电桥、IOdB定向耦合器、二分频器、混频器、滤波器、电源模块等；由VCO产生频率为2. 3GHz的射频信号，该信号分为A、B两路输出 1 )A路输出信号经放大器放大后，通过IOdB定向耦合器输入到3dB电桥，3dB电桥的一 路输出经过放大得到2. 3GHz本振信号，另一路经放大后输出给混频器；所述IOdB定向耦合器的耦合端输入到二分频器中，经过二分频器分频产生1. 15GHz信 号；该信号经过功分器后分为两路输出，其中一路输出经放大后得到1. 15GHz的本振信号， 另一路经放大后输出到所述混频器；所述混频器的输出即为3. 45GHz信号，该信号经滤波 放大后得到3. 45GHz的本振信号；2)外接的IOMHz参考信号经过一个放大器放大后输入到频率合成器的参考输入端，频 率合成器的电荷泵端输入到环路滤波器，环路滤波器的输出端连接到VCO的电压调整端； 所述B路输出信号输入到频率合成器的射频输入端进行鉴相；所述频率合成器的控制端用 来连接基带系统的控制信号输出端。3.根据权利要求2所述的用于下一代无线通信网络的宽带多入...
【专利技术属性】
技术研发人员：于志强，周健义，赵佳宁，赵腾，洪伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。