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应用于2G/3G移动通信的数字辅助单通道多模接收机研究

张成  
【摘要】:随着3G网络和智能终端的普及,射频芯片的集成度要求越来越高,采用CMOS工艺的单芯片多模收发机是当今研究的热门。将多模接收机完全以单通道实现,通过电路重构来满足不同协议的要求,可以在节省芯片面积的同时,更灵活的满足协议的更新换代。 CMOS工艺的进步带来了集成度的提高,但同时电源电压也越来越低,接收机的一些关键性能指标设计难度越来越大,需要采用数字辅助技术弥补传统射频模拟电路的不足,改进关键性能指标。 基于以上背景,本文对比和总结了主流2G/3G协议对接收机结构和性能的要求,提出了适用于2G/3G移动通信的单通道多模接收机架构。整个接收通道包括射频前端、模拟基带、双通道ADC和数字前端,采用数字辅助技术,使整个通道实现多模支持并针对接收机关键性能指标进行改进。 本文使用数字辅助技术对接收机中的二阶失真和IQ失配进行了校正,改进了系统的IIP2和IRR性能。首先量化了混频器开关管阈值电压失配产生的二阶失真,并论证了人为引入阈值电压失配抵消其他二阶失真的可行性。在此基础上设计了一款带数字IIP2校正的宽带射频前端,通过控制混频器开关管上的偏置电压,人为引入阈值电压失配来校正IIP2,校正后IIP2提高到48dBm。其次提出了应用于低中频接收机的自适应数字校正算法。该算法根据检测到的邻道干扰和有用信号的功率比,自适应地选择中频和应用IQ失配补偿,克服了使用训练信号进行补偿不适合实时校正和自适应补偿易受无线衰落影响的缺点。将该算法应用于GSM低中频接收机中,经过校正后相位误差从6.78。改进到3.23。,IRR从29.1dB改进到44.3dB。 本文以GSM和TD-SCDMA协议为应用目标,在SMIC0.13um CMOS工艺下设计和实现了一款单通道多模接收机。使用ADS和VSA软件对接收机进行系统建模和仿真,采用数字辅助技术,在单通道中实现了多模支持,并有效改进了IIP2和IRR等关键性能指标。芯片在TD-SCDMA模式下与商用数字基带进行了联调,成功实现了网络接入和通话建立。


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