TD-LTE射頻一致性測試系統(tǒng)數(shù)字中頻單元設計

　　摘要：針對TD-LTE通信標準測試需求，設計一款可應用于“射頻一致性測試”的數(shù)字中頻處理單元。根據(jù)奈奎斯特帶通采樣原理直接對153.6MHz的TD-LTE/TD-SCDMA中頻信號進行模擬與數(shù)字的相互轉(zhuǎn)換，在FPGA中實現(xiàn)高效數(shù)字上/下變頻、移相濾波、多速率插值/抽取、成型濾波、符號同步、高速串行接口和離散傅里葉變換等功能，以正交I、Q信號輸出便于后續(xù)DSP對其進行軟件算法解調(diào)和處理。實驗結(jié)果表明，該方案能有效減少數(shù)字上/下變頻、插值/抽取資源消耗、增強接收通道的線性動態(tài)范圍、提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的有效分辨率、改善發(fā)射/接收通道矢量解調(diào)指標，適合作為TD-LTE射頻一致性測試系統(tǒng)數(shù)字中頻處理單元的實施方案。

　　引言

　　TD-LTE一致性測試包括“射頻一致性測試”、“協(xié)議一致性測試”和“無線資源管理(RRM)一致性測試”等，其中“TD-LTE射頻一致性測試儀器”在國內(nèi)還是空白。

　　本設計來源于國家科技重大專項“TD-LTE射頻一致性測試系統(tǒng)”，其中“數(shù)字中頻處理單元”主要完成目標是：(1)實現(xiàn)TD-LTE(兼容TD-SCDMA)基帶信號數(shù)字上變頻、數(shù)字下變頻、多速率差值、多速率抽取;(2)采用高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)高中頻信號輸出;(3)基于諧波采樣技術(欠采樣)利用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)高中頻信號采集;(4)采用多通道(2×2)MIMO空分復用技術，實現(xiàn)TD-LTE下行100Mbps上行50Mbps;(5)測試例功能：時域信號的RMS檢波自動功率控制、開/閉環(huán)功率測試(檢測)、發(fā)射關功率測試/發(fā)射開關模板，頻域信號的頻譜發(fā)射模板/占用帶寬/鄰道泄露抑制比，信號解調(diào)的矢量誤差幅度、星座圖等。

　　電路設計

　　數(shù)字中頻處理單元整體架構(gòu)設計

　　數(shù)字中頻處理單元硬件部分主要由FPGA^[1-5]、DSP、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)構(gòu)成。數(shù)字中頻(IF)處理單元原理框圖如圖1所示。

　　上變頻與下變頻模塊設計

　　上變頻(DUC)與下變頻(DDC)模塊原理相近，采用相同設計方法，在FPGA具體實現(xiàn)上DUC是DDC逆向應用^[6]。

　　該模塊設計根據(jù)奈奎斯特帶通采樣定理：

　　其中，F(xiàn)_s表示A/D或D/A采樣頻率，F(xiàn)_c表示載波頻率，B表示信號帶寬。

　　本設計A/D轉(zhuǎn)換器工作在諧波采樣(欠采樣)模式;D/A轉(zhuǎn)換器工作在基帶采樣(過采樣)模式，即中頻信號分別位于第三Nyquist區(qū)和第一Nyquist區(qū)。欠采樣與過采樣示意圖如圖2、3所示。

　　本設計DDC與DUC的Xilinx FPGA實現(xiàn)采用改進型方案，如圖4所示結(jié)構(gòu)。