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目录目录第一章前言………………………………………………………………………………1§1.1引言.………………………………………………………………………………..1§1.2软件无线电的概念.………………………………………………………………..2§1.3数字中频的优点.…………………………………………………………………..3§1.3.1传统超外差射频收发信机.…………………………………………………..3§1.3.2数字中频结构的收发信机.…………………………………………………..5§1.4数字中频的关键技术.……………………………………………………………..7§1.5论文内容……….…………………………………………………………………..7第二章数字中频的理论基础……………………………………………………………9§2.1信号采样理论.……………………………………………………………………..9§2.1.1Nyquist采样定理..…………………………………………………………..9§2.1.2带通采样理论…………………………………………………………………9§2.1.3过采样和处理增益…..………………………………………………………10§2.1.4欠采样和频率转换…..………………………………………………………10§2.2多抽样率信号处理….……………………………………………………………11§2.2.1抽取和内插…..………………………………………………………………11§2.2.2整数倍内插…..………………………………………………………………11§2.2.3整数倍抽取…..………………………………………………………………16§2.3数字中频中常用的数字滤波器….………………………………………………19§2.3.1积分梳状（CIC）滤波器……………………………………………………19§2.3.2半带滤波器…..………………………………………………………………21§2.3.3升余弦滤波器和根升余弦滤波器…..………………………………………21第三章数字中频指标分析………………………………………………………………23§3.1数字中频各部分指标分析….……………………………………………………24§3.1.1ADC的主要性能指标………………………………………………………24§3.1.2TD-SCDMA基站系统对于ADC和DDC的指标要求…..………………26§3.1.3DAC的主要性能指标………………………………………………………29§3.1.4TD-SCDMA基站系统对于DUC和DAC的指标要求…..………………30第四章数字中频电路实现………………………………………………………………33§4.1数字中频时钟的选取….…………………………………………………………33§4.2数字中频频率的选择….…………………………………………………………34§4.3数字中频关键器件评估和选取….………………………………………………35§4.3.1ADC的选取…………………………………………………………………35§4.3.2数字下变频器的选取…..……………………………………………………36§4.3.3DAC的选取…………………………………………………………………38电信科学技术研究院硕士学位论文-iii-目录§4.3.4DUC的评估和选取…………………………………………………………41§4.5其它问题的考虑…………………………………………………………………42§4.4.1ISL5217、ISL5216和AD9777寄存器配置..……………………………43§4.4.2DDC中脉冲成形滤波器的设计……………………………………………44§4.4.3ADC采样时钟的讨论……………………..………………………………45§4.4.4数字直接上变频技术中镜像抑制的方法..…..……………………………47§4.4.5数字中频电路中时钟同步问题的讨论……………………………………49§4.4.6其他问题的讨论…..…………………………………………………………50§4.5数字直接上变频电路.……………………………………………………………51§4.6数字直接下变频电路….…………………………………………………………54第五章数字中频电路测试与联调………………………………………………………57§5.1数字直接上变频电路测试….……………………………………………………57§5.2数字直接下变频电路测试….……………………………………………………59第六章结论以及下一步改进的建议……………………………………………………63§6.1结论.………………………………………………………………………………63§6.2下一步改进的建议.………………………………………………………………63§6.3理想软件无线电的技术挑战.……………………………………………………65参考文献…………………………………………………………………………………67感谢………………………………………………………………………………………68附录一输出信号的分析图………………………………………………………………69附录二实物图……………………………………………………………………………70附录三EVM和BER分析程序流程图…………………………………………………72附录四使用调制消除镜像的原理………………………………………………………74附录五数字中频关键器件主要性能指标………………………………………………75附录六缩略语……………………………………………………………………………76电信科学技术研究院硕士学位论文-iv-数字中频技术在TD-SCDMA基站系统中的应用和实现第一章前言§1.1引言移动通信在过去几年飞速发展，使用移动通信的用户讯速增加。到目前为止，我国移动通信用户已经超过1亿。而且随着各种信息技术的发展，应用移动通信传输非话音业务的需求也不断的增加。可以说移动通信在全世界有广阔的发展空间。面对国内外巨大的市场前景，全世界通信领域内各个大公司早就将第三代移动通信的标准制定和产品开发作为最主要的方向，投入巨大人力财力进行开发工作。特别是日本和欧美的各公司，已经开发出完整的第三代移动通信系统，并将陆续进入大规模现场试验，有的甚至已经开始商用。我国从1998年就开始关注第三代移动通信技术和标准，并由国家科委组织863计划对第三代通信技术进行开发。信息产业部电信科学技术研究院（CATT）作为我国的电信技术最大的研究院和产业集团，从1998年起，在原邮电部科技司的领导下，积极参与了第三代移动通信的标准工作，提出了我国自己的TD-SCDMA建议，并且已经成为国际三大主流标准之一。并从1999年起开始TD-SCDMA系统设备的研发，于2002年2月3日，进行了第一次TD-SCDMA现场演示会。2002年2月7日，通过了C3G组织的MTnet第一阶段测试、验收。2002年10月，中国按照国际惯例出台了3G频率规划方案，为TD-SCDMA标准预留出1880-1920MHz、2010-2025MHz及2300-2400MHz共计155MHz频段。TD-SCDMA系统简介TD-SCDMA采用时分双工（TDD）模式，运用了多项先进技术，如：智能天线（SmartAntenna）技术、联合检测（JointDetection）技术、同步码分多址（SCDMA）技术、软件无线电（SoftwareDefinedRadio）技术。其具有以下主要特点：码片速率1.28MHz码道间隔1.6MHz基本帧长5ms多址方式CDMA+TDMA+SDMA话音业务8/12.2kps数据业务移动环境下可达到384kbps非对称业务可达到2Mbps功率控制闭环功率控制和开环功率控制调制方式QPSK切换方式接力切换电信科学技术研究院硕士学位论文-1-第一章前言§1.2软件无线电的概念软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。由于技术的变化和应用的扩展，有关软件无线电的概念、结构实现、用途等都在发展之中，目前还很难给出一个严格而全面的定义。但是根据大多数专家的理解，可以这样定义：软件无线电是将模块化、标准化的硬件单元以总线方式连接构成基本平台，并通过软件加载实现各种无线通信功能的一种开放式体系结构。软件无线电的核心思想是：1．ADC和DAC尽可能靠近天线。2．用软件来完成尽可能多的无线电功能。软件无线电的主要特点可以归纳如下：具有很强的灵活性软件无线电可以通过增加软件模块，很容易增加新的功能。具有较强的开放性软件无线电由于采用了标准化、模块化的结构，其硬件可以随着器件和技术的发展而更新或扩展，软件也可以随需要而不断升级软件无线电结构形式有三种：射频低通采样软件无线电结构、射频直接带通采样软件无线电结构和中频带通软件无线电结构。目前，由于A/D和D/A技术的限制，只有中频带通软件无线电结构，即数字中频结构可以实现。数字中频结构与传统的超外差无线电台收发信机结构是类似的，二者的本质区别是中频带宽不一样，传统的收发信机中频带宽为窄带结构。由于中频带宽不仅使前端电路的设计得以简化，信号经过接收通道后的失真也小，而且与常规超外差电台相比，这种宽带中频结构再配以后续的数字化处理，使其具有更好的波形适应性、信号带宽适应性以及可扩展性。数字中频结构是上述三种结构中最容易实现的，对器件的性能要求最低，但它离理想的软件无线电的要求还有一定的距离。数字中频并没有实现完全意义上的软件无线电，但是它是朝着软件无线电结构形式发展而来的。数字中频技术的应用范围很广，除了可以应用在基站的收发信机中，在其他很多领域中都可以应用。如在信号源或者信号频谱分析仪中，应用数字中频可以达到更好的性能；数字中频可以应用于信息化家电中、雷达系统中等等。以后的技术如果使器件耗电量和尺寸都很小的情况下，数字中频甚至可以应用在终端系统中。电信科学技术研究院硕士学位论文-2-数字中频技术在TD-SCDMA基站系统中的应用和实现§1.3数字中频的优点§1.3.1传统超外差射频收发信机传统的超外差结构的射频接收机和发射机如图1-1所示：A/D带通滤波器低噪声放大器一次混频带通滤波器放大器二次混频射频本振D/A基带处理基带处理A/D基带处理中频本振cossinIQ带通滤波器放大器射频本振一次混频带通滤波器放大器D/A基带处理中频本振cossinIQ图1-1传统的射频收发信机接收机中，第一个射频带通滤波器主要抑制带外杂散信号。中频滤波器主要作用是提取有用的信号而抑制其他的干扰信号。第一个放大器是低噪声放大器，后面的相应的是中频放大器。发射机中，射频前端的滤波器主要抑制本系统产生的杂散。中频的滤波器主要用于抑制由D/A变换器和中频混频器所引起的镜像。射频放大器将信号放大到相应电平。以上收发信机的设计采用二中频的收发信机，放大器、混频器和滤波器之间应该保持良好的阻抗匹配，保证信号有效的传输。由于模拟器件的一致性不是很好，传统的收发信机主要有以下几方面的缺点：I/Q信号幅度不平衡电信科学技术研究院硕士学位论文-3-第一章前言幅度不平衡是由于I/Q是两路经过各自独立的信道进行处理所引起的；幅度不平衡引起信号失真，如图1-2所示。图1-2I/Q信号幅度不平衡引起的失真I/Q信号相位不平衡I/Q信号相位不平衡是由中频本振信号正交性不好所导致的。I/Q信号相位不平衡也会引起信号失真，如图1-3所示。图1-3I/Q信号相位不平衡引起的失真由于I/Q两路信号的时延不同而引起的判决点误差，从而影响信号的性能。该类错误如图1-4所示。电信科学技术研究院硕士学位论文-4-数字中频技术在TD-SCDMA基站系统中的应用和实现图1-4I/Q时延不同引起失真§1.3.2数字中频结构的收发信机采用数字中频的收发信机的结构如图1-5所示：A/D带通滤波器低噪声放大器混频