專利名稱：包含多級(jí)自動(dòng)增益控制模塊的軟件無線電接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及軟件無線電技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種包含多級(jí)自動(dòng)增益控制模塊的軟件無線電接收機(jī)。
背景技術(shù)：
接收機(jī)是無線通信系統(tǒng)中的重要組成部分，為克服傳統(tǒng)無線電接收機(jī)功能單一、功能可擴(kuò)展性差等技術(shù)限制，出現(xiàn)了軟件無線電(Software Defined Radio, SDR)技術(shù),該技術(shù)以標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件結(jié)構(gòu)為通信平臺(tái)，充分運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，通過在同一硬件平臺(tái)上運(yùn)行不同的軟件算法實(shí)現(xiàn)不同的通信功能。運(yùn)用軟件無線電技術(shù)的接收機(jī)是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，其關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)射頻信號(hào)的處理盡可能的靠近天線，所以需要對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行采樣等處理，這樣就需要對(duì)模擬/數(shù)字信號(hào)采樣前的射頻信號(hào)進(jìn)行功率控制，保證接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍性能。而保證接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的最佳方案就是自動(dòng)增益控制(Auto GainControl, AGC)。傳統(tǒng)接收機(jī)中多是通過模擬自動(dòng)增益控制電路，直接對(duì)模擬射頻信號(hào)進(jìn)行功率檢測(cè)，然后控制可變?cè)鲆娣糯笃骰蛩p器，這種方法難以實(shí)現(xiàn)較高的精度控制和較大的動(dòng)態(tài)范圍。隨著技術(shù)的進(jìn)步，又出現(xiàn)了全數(shù)字自動(dòng)增益控制方案，能夠改善傳統(tǒng)自動(dòng)增益控制電路的不足，但是存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，另外在接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍方面仍存在一定的技術(shù)提升空間。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的提供一種包含多級(jí)自動(dòng)增益控制模塊的軟件無線電接收機(jī)，接收機(jī)包含模擬自動(dòng)增益控制模塊和數(shù)字自動(dòng)增益控制模塊，提高增益控制精度、增大接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的包含多級(jí)自動(dòng)增益控制模塊的軟件無線電接收機(jī)，包括順序連接的天線、低噪放大器、射頻濾波器、混頻器、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊，直接數(shù)字頻率合成器接入混頻器，在射頻濾波器和混頻器接有射頻自動(dòng)增益控制模塊。所述射頻自動(dòng)增益控制模塊包括現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊內(nèi)部的數(shù)字自動(dòng)增益控制子模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和增益控制器(Gain Ctrl)，現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊的數(shù)字自動(dòng)增益控制子模塊經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器接入增益控制器，增益控制器連接于射頻濾波器和混頻器之間。本接收機(jī)中現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊控制整機(jī)、檢測(cè)數(shù)字基帶信號(hào)的功率以及解碼；混頻器和直接頻率合成器完成射頻模擬信號(hào)的下變頻。本接收機(jī)的低噪放大器的輸出端連接第一級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊，后者的輸出接入低噪放大器的輸入端；和/或本接收機(jī)的射頻濾波器的輸出端連接第二級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊，后者的輸出接入射頻濾波器的輸入端。[0009]所述第一級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊和第二級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊結(jié)構(gòu)相同，均包括可變?cè)鲆娣糯?衰減器、放大器、自動(dòng)增益控制檢波器、直流放大器及低通濾波器。輸入的信號(hào)接入可變?cè)鲆娣糯?衰減器，經(jīng)放大器后輸出信號(hào)，放大器的輸出端還連接自動(dòng)增益控制檢波器、直流放大器及低通濾波器，低通濾波器的輸出接入可變?cè)鲆娣糯?衰減器。本實(shí)用新型包含多級(jí)自動(dòng)增益控制模塊的軟件無線電接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為1、多級(jí)自動(dòng)增益控制模塊充分結(jié)合了模擬自動(dòng)增益控制模塊和數(shù)字自動(dòng)增益控制模塊的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高精度的功率控制，且接收機(jī)控制的動(dòng)態(tài)范圍較大；2、整機(jī)硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，高性能、低成本，適合推廣應(yīng)用。

圖I為本包含多級(jí)自動(dòng)增益控制模塊的軟件無線電接收機(jī)實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖；圖2為圖I中第一級(jí)或第二級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
本包含多級(jí)自動(dòng)增益控制模塊的軟件無線電接收機(jī)實(shí)施例結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括順序連接的天線、低噪放大器LNA、射頻濾波器RF Filter、射頻自動(dòng)增益控制模塊RFAGC、混頻器、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA模塊，直接數(shù)字頻率合成器接入混頻器。所述射頻自動(dòng)增益控制模塊包括現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊內(nèi)部的數(shù)字自動(dòng)增益控制子模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC和增益控制器Gain Ctrl,，現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊的數(shù)字自動(dòng)增益控制子模塊經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器接入增益控制器Gain Ctrl，增益控制器Gain Ctrl連接于射頻濾波器RF Filter和混頻器之間。本接收機(jī)的低噪放大器的輸出端連接第一級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊，后者的輸出接入低噪放大器的輸入端；本接收機(jī)的射頻濾波器的輸出端連接第二級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊，后者的輸出接入射頻濾波器的輸入端。所述第一級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊和第二級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊結(jié)構(gòu)相同，如圖2所示，均包括可變?cè)鲆娣糯?衰減器、放大器A、模擬自動(dòng)增益控制(AGC)檢波器、直流放大器DA及低通濾波器LPF。輸入的信號(hào)接入可變?cè)鲆娣糯?衰減器，經(jīng)放大器A后輸出信號(hào)，放大器A的輸出端還連接自動(dòng)增益控制(AGC)檢波器、直流放大器DA及低通濾波器LPF，低通濾波器LPF的輸出接入可變?cè)鲆娣糯?衰減器。本例中現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊FPGA為Altera公司Clone III系列芯片，充分利用FPGA內(nèi)置的Nios II嵌入式軟核處理器完成接收機(jī)的控制功能。本實(shí)施例中天線接收信號(hào)fl頻段可為300MHz 800MHz，本例fl為頻點(diǎn)480MHz、帶寬2MHz的正交頻分復(fù)用信號(hào)(OFDM信號(hào)，OFDM為Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing的縮寫),低噪放大器LNA的放大倍數(shù)為IOdB,天線接收的信號(hào)f I首先送入低噪放大器LNA中放大，在有用信號(hào)被放大的同時(shí)，噪聲信號(hào)也被同時(shí)放大，有利于后級(jí)的射頻濾波器RF Filter更好的濾除噪聲信號(hào)。本例射頻濾波器RF Filter的帶寬為2MHz。接收到的信號(hào)Π在經(jīng)過低噪放大器LNA和射頻濾波器RF Filter時(shí)，分別受到第一級(jí)和第二級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊(AGCl和AGC2)的控制，分別根據(jù)輸入信號(hào)的強(qiáng)弱進(jìn)功率粗調(diào)。第一級(jí)和第二級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊中其中AGC檢波器由三極管電路組成，產(chǎn)生控制電壓經(jīng)過直流放大器和低通濾波器后，作用于可變?cè)鲆娣糯?衰減器，控制輸入模擬信號(hào)的功率，以提高接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。經(jīng)過射頻濾波器RF Filter之后的信號(hào)送入混頻器中進(jìn)行模擬下變頻，其中混頻器所需要的本振信號(hào)f2由直接頻率合成器提供，本例直接數(shù)字頻率合成器提供的本振頻率f2由程序配置為481MHz，經(jīng)過混頻器混頻得到信號(hào)f3，本例f3頻譜中包含IMHz、480MHz、48IMHz及961MHz的頻率成分，經(jīng)過濾波器濾除不需要的高頻分量，保留頻率為IMHz的模擬低中頻信號(hào)，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D將模擬低中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸入現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊FPGA，在現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊FPGA中首先進(jìn)行數(shù)字下變頻DDC得到基帶信號(hào)，并由現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊FPGA的數(shù)字自動(dòng)增益控制子模塊進(jìn)行數(shù)字基帶信號(hào)的功率計(jì)算、與參考值比較，得到的數(shù)字自動(dòng)增益控制的功率控制字，經(jīng)過一個(gè)單通道8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換為模擬控制量，送入射頻自動(dòng)增益控制模塊RFAGC，完成本例第三級(jí)自動(dòng)增益控制即射頻自動(dòng)增益控制RFAGC的功率控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)功率的進(jìn)一步精確控制，本例射頻自動(dòng)增益控制的電壓控制范圍為O 4V。最后，在現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊FPGA中完成正交頻分復(fù)用OFDM基帶信號(hào)的解碼處理。本例直接數(shù)字頻率合成器為內(nèi)置壓控振蕩器VCO的鎖相環(huán)PLL頻率合成器，結(jié)合外部環(huán)路濾波電路和外部基準(zhǔn)時(shí)鐘產(chǎn)生混頻器所需的本振信號(hào)。本例直接數(shù)字頻率合成器的外部參考頻率由20MHz的外部晶振作為基準(zhǔn)時(shí)鐘提供，外部環(huán)路濾波電路由RC無源器件組成。上述實(shí)施例，僅為對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個(gè)例，本實(shí)用新型并非限定于此。凡在本實(shí)用新型的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.包含多級(jí)自動(dòng)增益控制模塊的軟件無線電接收機(jī)，包括順序連接的天線、低噪放大器、射頻濾波器、混頻器、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊，直接數(shù)字頻率合成器接入混頻器，其特征在于所述射頻濾波器和混頻器接有射頻自動(dòng)增益控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的包含多級(jí)自動(dòng)增益控制模塊的軟件無線電接收機(jī)，其特征在于所述射頻自動(dòng)增益控制模塊包括現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊內(nèi)部的數(shù)字自動(dòng)增益控制子模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和增益控制器，現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊的數(shù)字自動(dòng)增益控制子模塊經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器接入增益控制器，增益控制器連接于射頻濾波器和混頻器之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的包含多級(jí)自動(dòng)增益控制模塊的軟件無線電接收機(jī)，其特征在于所述低噪放大器的輸出端連接第一級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊，后者的輸出接入低噪放大器的輸入端；和/或本接收機(jī)的射頻濾波器的輸出端連接第二級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊，后者的輸出接入射頻濾波器的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的包含多級(jí)自動(dòng)增益控制模塊的軟件無線電接收機(jī)，其特征在于所述第一級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊和第二級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊結(jié)構(gòu)相同，均包括可變?cè)鲆娣糯?衰減器、放大器、模擬自動(dòng)增益控制檢波器、直流放大器及低通濾波器；輸入的信號(hào)接入可變?cè)鲆娣糯?衰減器，經(jīng)放大器后輸出信號(hào)，放大器的輸出端還連接模擬自動(dòng)增益控制檢波器、直流放大器及低通濾波器，低通濾波器的輸出接入可變?cè)鲆娣糯?衰減器。
專利摘要本實(shí)用新型為包含多級(jí)自動(dòng)增益控制模塊的軟件無線電接收機(jī)，包括順序連接的天線、低噪放大器、射頻濾波器、混頻器、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和FPGA模塊，直接數(shù)字頻率合成器接入混頻器，在射頻濾波器和混頻器接有射頻自動(dòng)增益控制模塊。低噪放大器和/或射頻濾波器上分別連接第一、二級(jí)模擬自動(dòng)增益控制模塊。射頻自動(dòng)增益控制模塊包括FPGA模塊內(nèi)部的數(shù)字自動(dòng)增益控制子模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和增益控制器。兩個(gè)模擬自動(dòng)增益控制模塊結(jié)構(gòu)相同，均包括可變?cè)鲆娣糯?衰減器、放大器、自動(dòng)增益控制檢波器、直流放大器及低通濾波器。本接收機(jī)具有多級(jí)模擬和數(shù)字自動(dòng)增益控制模塊，功率控制精度高，控制動(dòng)態(tài)范圍較大；整機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，性能高、成本低。
文檔編號(hào)H04B1/16GK202750081SQ20122027242
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者陳明, 羅登, 徐文波, 陳輝 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)