软件无线电接收机射频前端设计与仿真

杨建飞

（中国电子科学研究院，北京，100041）

软件无线电接收机射频前端设计与仿真

杨建飞

（中国电子科学研究院，北京，100041）

本文设计了一种基于软件无线电的接收机射频前端，采用超外差结构，可工作于30MHz~2000MHz频段。电路将天线接收的信号经过前端低噪声放大器、滤波器、混频器、AGC、中频放大器处理后，输出稳定的中频信号给下级AD采样和数字信号处理模块。通过ADS软件仿真及结果分析，本设计方案满足了软件无线电宽频带、高灵敏度、宽动态范围、低噪声系数等指标的要求。

软件无线电；射频前端；宽带收发

0 引言

软件无线电是在数字化的平台下，以软件可编程为核心，能够实现多波段、多体质、多制式、通用式接收，并且还能够实现多种通信协议、多种波形结构的兼容。软件无线电系统能够在兼容多种通信协议的同时，防止被敌人截获；还能够在快速升级的同时，控制其成本费用的上升，这些特点都极大地满足了军事通信的需求。因此发展军用软件无线电系统是未来军事通信的必然趋势。本文设计了一种适用于软件无线电体系的射频前端收发模块，具有宽动态范围、高灵敏度、低噪声系数等特点。

图2 .1宽带中频采样数字化结构

1 系统设计

1.1 结构设计

软件无线电系统由天线、射频前端、宽带数/模-模/数转换器、通用和专用数字信号处理器及各种软件模块组成。射频前端部分主要完成信号的上下变频、滤波、功率放大等功能，该部分宽带、线性、高效射频放大器的设计和各个射频模块的电磁兼容问题是设计和考虑的难点。

本系统采用的软件无线结构如图2.1所示。较宽的中频带宽是这种软件无线电与一般超外差结构的中频数字接收机的不同之处。

1.2 指标分析

灵敏度是是衡量接收机检测信号能力的参数，一般要依赖一些其他的参数才能确定，包括接收信号的调制类型、中频带宽、检波所需的识别系数、接收机的噪声系数等。接收机灵敏度的简单近似关系式如公式2-1：

其中，S（dBm）为接收机灵敏度,NF（dB）为接收机噪声系数，B（Hz）为检波前得中频带宽，（dB）为信号检波所需的识别系数，（dB）为与信号调制类型相关的调制特性函数。

由级联网络的噪声系数公式可知当第一级具有高增益的情况下，系统的总的噪声系数可以由第一级决定，因此在设计时要尽量使第一级具有较低的噪声系数，并且还要有较高的增益。

系统的灵敏度和噪声系数可行性论证：

传输信号的带宽为10MHz，接收机的噪声系数为5dB，接收机的接收到信号要得到误码率为10-5，C/N比为15dB，由式2-1可得：

由于目前的接收机调制解调普遍采用了扩频技术，在采用扩频的通信系统中，调制特性系数GP可以为负数，通常为负的十几甚至是二十几，考虑到这一点，本方案理论能达到-110dBm的灵敏度。

通过对射频前端几项指标的分析，结合所选器件的性能参数，理论设计了射频前端的整体增益和噪声系数等参数的分配方案。

图4 .1谐波仿真结果

图4 .2 链路仿真结果

2 技术方案

2.1 AGC的设计

本方案选用VGA芯片ADL5330和相应的自动增益控制芯片AD8318，ADL5330是一个宽频带的VGA，工作在100MHz时的增益范围可为：-35dB～23dB，工作在450MHz的增益范围为-35dB～22dB，输入1dB压缩点在增益范围内都保持在0dBm左右，保证了信号的线性放大，其控制灵敏度为20.7mv/dB，通过改变增益控制运算放大器的相同端和反向端之间的电压差来控制阻性衰减网络的衰减量，控制电压范围为0.1v～1.4v，以获得58dB的动态范围。

2.2 功放的设计

在选择功率放大器的时候除了要考虑增益，输出功率的1dB压缩点和放大器的稳定度外，还要注意其工作效率。功率放大器作为一个大功率的器件是整个发射支路的主要发热部分，对于功率较大的功率放大器来说其产生的热量如何散发出去在稳态下其温度是否是器件能够承受的，也是工程上主要考虑的问题之一，通常可以通过屏蔽盒可以将大部分热量散发出去，但是选择一个效率较高的芯片往往也是整个系统能够正常工作的保障。

3 仿真结果及分析

在确定了射频前端的方案后，在ADS软件上对本方案进行了谐波仿真和链路仿真。发射支路的1dB压缩点为34.5dBm，输出的三阶互调截止点45dBm以及输出功率33.26dBm，发射支路总增益为33.26dB，均满足设计要求。仿真结果如图4.1和图4.2所示。

作者简介

王际兵，赵明，姚彦，软件无线电发展动态[N]，清华大学学报，1999，vol.39，No.9，PP.86-89.

杨建飞，男，出生于1986年12月，籍贯四川省简阳市，就职于中国电子科学研究院，助工

Design and Simulation of RF front end of the software radio receiver

Yang Jianfei
(China Electronic Science Research Institute,Beijing，100041)

This paper designs a kind of receiver RF front-end based on software radio,and uses the super heterodyne structure,which can work in the 30MHz~2000MHz band.Circuit antenna receiving the signal after processing front-end,low noise amplifier,filter,mixer,AGC and if amplifier,the output stability of the intermediate frequency signal to lower levels of the A/D sampling and digital signal processing module. Through simulation and result analysis of ADS software,the design scheme meets the requirements of the software radio frequency band,high sensitivity, wide dynamic range,low noise figure and so on.

software radio;RF front end;broadband transceiver