一种高集成度TDD模式射频收发模块

2024.06.18

杜德棚

摘要：文章介绍了一种高集成度TDD模式的射频收发模块，在移动通信的F频段（2 015～2 025 MHz），实现射频与数字基带互相转换，Tx功率达到2 W，接收NF小于2.1 dB，收发EVM指标全面达到要求。

关键词：高集成度；TDD模式；移动通信；F频段；射频模块；数字基带

移动通信系统的技术正在飞速发展，高集成度的射频收发模块有非常重要的作用，可以有效缩小体积，降低设备成本。本文系统地介绍了一种高集成度TDD模式的射频与基带收发转换模块，指标全面达到要求。

1 整体架构分析

1.1 整体框图

射频与基带转换模块的框图如图1所示，工作在TDD模式。

1.2 接收端射频方案

1.2.1 高速率（240 kbps）用零中频方案

天线接收到的信号经过收发开关进入LNA，进行低噪声放大。信号经过SAW滤波后通过AMP放大，降低后级混频及基带电路产生的噪声干扰，之后经过正交直接变频为模拟基带I/Q信号，通过滤波器LPF1进行信道选择，APGA提供可变增益放大，满足信号AGC范围。I/Q基带信号经过A/D采样后以串行数字形式送给基带处理芯片进行解调。

在零中频方案中，MIXER2和CHANNEL FILTER+GAIN会Bypass。基带芯片通过解调确定实测信号的幅度，产生AGC控制信号，并通过SPI将AGC控制信号写入射频芯片的寄存器，调整可变增益放大器的增益以满足基带信号电平的要求。直流误差补偿环路和镜像抑制电路在射频芯片中实现，自动完成直流误差补偿和镜像抑制补偿。

1.2.2 低速率（16 kbps）用低中频方案

在低中频方案中，MIXER2和CHANNEL FILTER+GAIN会使能，MIXER2之前的工作原理与零中频方案相同。中频I/Q信号进入ADC，A/D采样后经数字混频器解调至基带，再经过多相滤波器滤除镜像频率，经并串转换后输出。

1.3 发射通道方案

发射采用零中频方案，从基带芯片送来的串行数据信号转换为并行信号后，通过射频芯片DAC部分转换成模拟信号并放大滤波，上变频部分MIXER3将基带模拟信号调制到射频发射频率，放大部分PPA对射频信号进行放大。发射SAW波器滤除带外噪声，减少发射杂散和噪声，满足杂散辐射要求。2 W功放芯片实现信号功率放大，最后通过射频收发开关进入天线。

2 指标分析

2.1 接收链路指标分析

2.1.1 计算噪声系数

接收机的灵敏度需求为：-124dBm@BW=21.6 kHz；其中占用带宽是21.6 kHz，有用带宽为16 kHz，应该以有用带宽计算灵敏度。

根据灵敏度计算公式：

=-174 dBm/Hz +10 Log（BW）+ NF + SNR；由于基带可以解调的SNR=3.7 dB，

可得：NF=+174 dBm/Hz -10 Log（BW）-SNR

=-124 dBm-（-174 dBm/Hz）-10 log（16 kHz）-3.7 dB

=4.26 dB

由以上结果，有NF<4.26 dB，相对于系统要求的NF<3 dB，余量为 1.26 dB。

2.1.2 链路仿真结果

灵敏度仿、NF和Gain仿真结果如图2所示。

仿真结论表明，NF=2.03 dB，灵敏度=-126.2 dB，达到要求。

2.2 发射链路指标分析

Tx链路的仿真结果如图 3所示。

由于射频芯片的Tx最大输出功率为7.5 dBm，且当Pout>0 dBm时，Tx会出现非线性产物，在Tx载波附近会逐渐出现杂散。为了减小非线性产物，射频芯片的Pout应回退，满足Pout<0 dBm。

由于天线口输出功率为33 dBm，且信号峰均比为3.7 dB，为了满足功率和增益要求，选取高增益功放MAG 43 528，Gain=39.5 dB，OP1dB=36.5 dBm，即4.5 W。

链路总增益为36 dB，射频芯片的Tx输出功率为-3 dBm，满足功率回退要求。

3 实测结果

3.1 接收通道噪声系数

接收通道噪声系数的测试结果如表1和图4所示。噪声系数计算方法：

NF（dB）=Pin-KT-C/N0

=（Pin-（-174 dBm/Hz））-（C/N0）

=50 dB-（C/N0）

其中，C/N0是基带输出信噪比。

3.2 接收通道I/Q输出的EVM

接收通道I/Q输出的EVM结果如表 2和图 5所示。

3.3 发射通道的EVM

3.3.1 测试表格

发射通道的EVM测试结果如表 3和圖 6所示。

3.4 发射通道ACPR

测试条件和测试结果如表 4和图 7所示。

4 结语

根据本方案设计的F频段射频收发模块，实现射频信号与数字基带的转换，性能指标全面满足要求，可以作为移动通信终端的2 W射频模块，是移动通信系统的重要组成部分。

[参考文献]

[1]陈邦嫒.射频通信电路[M].北京：科学出版社，2006.

[2]王文祥.微波工程技术[M].北京：国防工业出版社，2014.

Abstract： This paper introduces a highly integrated TDD mode RF transceiver module. In F band （2 015-2 025 MHz） of the mobile communication， it actualizes the conversion of radio frequency signal and digital baseband signal， and Tx power reaches 2 W， Rx NF is less than 2.1 dB， Tx and Rx EVM fully meet the requirements.

Key words： highly integrated； TDD mode； mobile communication； F band； RF module； digital baseband