蜂窝无线定位系统中移动终端射频电路的分析与设计

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1、上海交通大学 硕士学位论文 蜂窝无线定位系统中移动终端射频电路的分析与设计 姓名：欧炜 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：朱杰 20090101 2 蜂窝无线定位系统中移动终端射频电路的 分析与设计 蜂窝无线定位系统中移动终端射频电路的 分析与设计 摘摘 要要 本次毕业论文主要介绍射频电路设计的过程，及射频电路设计所要 考虑的参数设定。特别地，讨论设计方案使得移动终端射频收发子系统 能够符合无线测控定位系统中的使用要求，并讨论收发机及频率合成的 相关指标。 随着无线技术的进步，使得现在的无线通信领域有了更多的发展空 间。本文中说明的无线定位测控专网就是无线通信在定位上的应用，这

2、种网络是一种蜂窝无线定位测控网，它通过自建测控基站，采用直接序 列(DS)扩频，利用四基站 U-TDOA 定位原理来实现精确定位。这种定位网 络已经在世界很多地方得到了应用， 而上海市在 2006 年也将其引入作为 市区定位系统。本文讨论的射频电路就是为了能够设计一种符合该网络 使用的移动终端射频子系统。 收发机的结构有很多种，这里为了获得可靠的性能，接收机采用的 是性能稳定的超外差结构，而发射机是间接变频方案。同时，为了可以 简化射频结构，根据软件无线电的思想，把数/模转换、模/数转换放到 了中频部分。对于接收机来说，要关注它的接收信号的灵敏度、可接收 3 信号的动态范围及噪声系数；对于发射

3、机就要考虑其可发射信号的最大 功率，而对于扩频通信，由于是一种自干扰通信方式，就要求发射机在 功率控制上的性能及发射功率范围符合系统条件。作为这个移动终端射 频子系统心脏的频率合成器，一定要使其工作在稳定的状态，并且使相 位噪声符合系统要求，因为它的性能直接影响整个收发系统的信号接受 性能。本文在了解相关上下行链路的通信要求，分析接收机、发射机及 频率合成器的主要参数，讨论设计了基本符合系统要求的移动终端射频 子系统方案,并使用 ADS 仿真软件对相关的参数进行仿真讨论。 关键词： 关键词： 射频系统，直序扩频通信，寻呼，频率合成 4 Design and analysis of RF Sub

4、system of Mobile Handset in Cellular Wireless Location System Design and analysis of RF Subsystem of Mobile Handset in Cellular Wireless Location System ABSTRACT The main topics of this paper are RF circuits designing process and the selection of RF parameters. Discussions are targeted especially at

5、 how to improve the performance of transceiver and frequency synthesizer, and at how to make the handsets RF module best compatible with various technical requirements in wireless location system. Nowadays, with the non-stopping advancements in RF technology, the wireless communication networks are

6、capable of carrying more and more services. As shown in this paper, the wireless location system is based on a cellular network with four base stations. Handsets and base stations communicate through direct sequence spectrum spreading channel, and location the handsets are precisely estimated by U-T

7、DOA technology. Such systems are already installed and utilized in several cities around the world (2006, in Shanghai). The circuits studied in this paper are part of RF module of the mobile handset working in wireless location system. There are several kinds of structures for the transceiver. Here,

8、 in order to 5 obtain robust performance, we use super heterodyne receiver and indirect frequency conversion transmitter. According to the initiatives of software radio, AD and DA conversions are performed in IF part, then the RF part could get simplified. As for receiver, sensitivity, dynamic range

9、, and noise factor are the major performance indices. While for transmitter we should pay the most attention on radiated power. Frequency synthesizer, as the transceivers heart, is a very important element. Its stability and phase noise standard may directly affect the overall performance of the sys

10、tem. In the paper, after doing comprehensive research on up/down links requirements and transceivers major performance indices, a qualified system designing scheme is presented at last. KEY WORDS：KEY WORDS：RF system, DSSS communication, Pager, Frequency synthesis 6 缩略语缩略语 ADI: Analog Device Instrume

11、nt 模拟器件公司 BPF: Band Pass Filter 带通滤波器 PLL: Phase Lock Loop 锁相环 DDS: Direct Digital Synthesis 直接数字频率合成 PSK: Phase Shift Keying 移相键控 FSK: Frequency Shift Keying 频率移位键控 SR: Software Radio 软件无线电 RF: Radio Frequency 射频 IF: Intermediate frequency 中波 VCO: Voltage Controlled Oscillator 压控振荡器 DS: Direct sequ

12、ence 直接序列 GPS: Global Position System 全球定位系统 POCSAG: Post Office Code Standard Advisory Group 邮编标准化指导组 CDMA: Code Division Multiple Access 码分多址 NCC: Network Control Center 网络控制中心 TDOA: time difference of arrival 到达时间差异 ADS: Advanced Design System 先进性设计系统 SWR: Standing Wave Ratio 驻波比 LNA: Low Noise A

13、mplifier 低噪声放大器 ADC: Analog to Digital Converter 模数转换器 DAC: Digital to Analog Converter 数模转换器 AGC: Automatic Gain Control 自动增益控制 SNR: Signal Noise Ratio 信噪比 SFDR: Spurious Free Dynamic Range 无寄生动态范围 OIP3: Output 3rd Order Intercept 输出三阶交调点 PD: Phase Detection 相位检波 上海交通大学硕士学位论文 76 上海交通大学 学位论文原创性声明 上海

14、交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：欧炜 日期： 2009 年 02 月 13 日 上海交通大学硕士学位论文 77 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版

15、，允许论文被查阅和借阅。本 人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：欧炜 指导教师签名：朱杰 日期：2009 年 02 月 13 日 日期：2009 年 02 月 13 日 上海交通大学硕士学位论文 1 第第1章 概述章 概述 根据电子学理论我们知道，电流流过导体，导体周围会形成磁场；交变电流通过 导体，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。其中一种高频交流变化的电磁 波就叫做射频，

16、即射频是一种高频电流。射频的特点使它不像低频的电磁波那样容 易被地表吸收，以致不能形成有效的传输；射频则可以在空气中传播，并经大气层 外缘的电离层反射，形成远距离传输。正是射频的这种特性，人们实现无线传输， 即将不能远距离传输的低频信号源（模拟或数字的）用高频电流进行调制（调幅或 调频） ，形成射频信号，经过天线发射到空中；在远距离处将射频信号接收后进行反 调制，还原成电信息源。这使得射频及其技术在现今科技中得到广泛的应用，耳熟 能详的有射频识别以及无线通信。本文讨论的是在一种无线定位测控网中，移动终 端射频电路的设计。首先，要了解这种无线定位测控网的特点。 1.1 研究背景及意义 研究背景及意义 1.1.1 无线定位技术及应用 1234 近 20