宽带毫米波通信接收前端的研究

发布时间：2019-11-14 01:58

【摘要】：近几年来,随着移动互联网和物联网浪潮的兴起,全球移动通信数据流量和互联设备呈现爆炸增长趋势,面对2020年以后对超高数据速率及密度、超低延迟、海量互联设备和超高移动性的需求,当前的移动通信系统已不能满足要求,因此对5G通信技术的研究应运而生,成为全世界通信领域研究热点。其中,毫米波频段通信技术和大规模MIMO技术作为5G通信的关键无线传输技术,以其在扩展信道容量、提高传输速率、增强抗干扰能力、降低延迟等方面的巨大潜能而受到广泛关注和研究。本文的研究任务来源于国家科技重大专项课题“毫米波频段移动通信系统关键技术研究与验证”中的毫米波大规模MIMO射频系统的研究和设计。该系统工作于28GHz毫米波频段,要求支持64通道和500MHz的信道带宽,并以TDD模式工作。射频系统主要分为天线阵列、毫米波前端阵列、中频收发链路、本振源模块和数字处理板,系统的接收机采用数字中频结构,中频中心频率为2.75GHz。本文针对课题组所承担的毫米波大规模MIMO射频系统中的毫米波接收机前端进行研究和验证。根据射频系统的总体指标要求,确定了毫米波接收机前端所需达到的性能指标,在此基础上结合器件特性,提出了使用谐波混频和外部本振方案、具有镜像对称布局的双通道毫米波接收机前端结构。该接收机前端主要完成毫米波接收机中的射频信号接收、下变频和中频信号预处理的工作,包括了低噪放、混频器、滤波器和中频放大器等器件,射频通带27-29GHz,中频信道2.5-3GHz。本文通过链路仿真验证了设计的合理性,并对低噪放、滤波器等主要器件进行设计和测试,最终实现了接收机前端实物。经测试,该接收机前端在28GHz的接收增益大于26.5dB,500MHz带宽内增益平坦度小于0.8dB,噪声系数小于4.3dB,输入1dB压缩点和三阶互调阻断点分别大于-21dBm和-11.2dBm,并有大于45dBc的镜像抑制比,同时前端各端口反射系数均小于-10dB；本文还对接收机前端在窄带和宽带调制信号下的接收解调精度进行了测试,得到50MHz带宽内QPSK、QAM16、QAM64和QAM256调制下的EVM小于3.4%、2.6%、2.3%和2.1%,250MHz和500MHz带宽内QAM16调制下的EVM小于5.1%和7%。测试结果表明该双通道毫米波接收机前端具有良好的射频性能和通道一致性,非常适合于大规模MIMO的应用。研制的毫米波接收机已经交付给客户,并成功地在实际系统得到验证。
【图文】：

射频系统,毫米波,控制范围

指丰不名称逦指标值逡逑中屯、频率逦２８邋ＧＨｚ逡逑信道带宽逦５００逦ＭＨｚ逡逑通道平坦度逦３邋ｄＢ逡逑通道数量逦６４逡逑最大总发射功率逦３０犯ｍ逡逑发射功率控制范围逦３０邋ｄＢ逡逑接收噪声系数逦＜５邋ｄＢ逡逑接收增益控制范围逦－７０？３０邋ｄＢｍ逡逑双工方式逦ＴＤＤ逡逑切换时间逦＜５邋ＵＳ逡逑２．２系统结构逡逑２．２．１系统总体方案逡逑￣￣￣￣￣

结构框图,超外差接收机

逦碱逡逑图２－２超外差接收机结构逡逑超外差接收机是一种经典的接收机，也是最常用的接收机结构，其结构框图如图２－２逡逑所示。超外差接收机的关键器件是混频器，射频信号经天线接收后，经过带通滤波器的逡逑频带选择和低噪声放大器放大，通过混频器将射频信号先下变频到中频，在中频段对信逡逑号进一步进行信道选择和放大，再使用解调器将中频信号解调为基带信号。超外差接收逡逑机主要有Ｗ下几个优点［１５］：逡逑１．
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN928

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