TD-LTE射频一致性测试系统数字中频单元设计

　　摘要：针对TD-LTE通信标准测试需求，设计一款可应用于“射频一致性测试”的数字中频处理单元。根据奈奎斯特带通采样原理直接对153.6MHz的TD-LTE/TD-SCDMA中频信号进行模拟与数字的相互转换，在FPGA中实现高效数字上/下变频、移相滤波、多速率插值/抽取、成型滤波、符号同步、高速串行接口和离散傅里叶变换等功能，以正交I、Q信号输出便于后续DSP对其进行软件算法解调和处理。实验结果表明，该方案能有效减少数字上/下变频、插值/抽取资源消耗、增强接收通道的线性动态范围、提高模数转换器的有效分辨率、改善发射/接收通道矢量解调指标，适合作为TD-LTE射频一致性测试系统数字中频处理单元的实施方案。

　　引言

　　TD-LTE一致性测试包括“射频一致性测试”、“协议一致性测试”和“无线资源管理(RRM)一致性测试”等，其中“TD-LTE射频一致性测试仪器”在国内还是空白。

　　本设计来源于国家科技重大专项“TD-LTE射频一致性测试系统”，其中“数字中频处理单元”主要完成目标是：(1)实现TD-LTE(兼容TD-SCDMA)基带信号数字上变频、数字下变频、多速率差值、多速率抽取;(2)采用高速数模转换器实现高中频信号输出;(3)基于谐波采样技术(欠采样)利用高速模数转换器实现高中频信号采集;(4)采用多通道(2×2)MIMO空分复用技术，实现TD-LTE下行100Mbps上行50Mbps;(5)测试例功能：时域信号的RMS检波自动功率控制、开/闭环功率测试(检测)、发射关功率测试/发射开关模板，频域信号的频谱发射模板/占用带宽/邻道泄露抑制比，信号解调的矢量误差幅度、星座图等。

　　电路设计

　　数字中频处理单元整体架构设计

　　数字中频处理单元硬件部分主要由FPGA^[1-5]、DSP、模数转换器(A/D)和数模转换器(D/A)构成。数字中频(IF)处理单元原理框图如图1所示。

　　上变频与下变频模块设计

　　上变频(DUC)与下变频(DDC)模块原理相近，采用相同设计方法，在FPGA具体实现上DUC是DDC逆向应用^[6]。

　　该模块设计根据奈奎斯特带通采样定理：

　　其中，F_s表示A/D或D/A采样频率，F_c表示载波频率，B表示信号带宽。

　　本设计A/D转换器工作在谐波采样(欠采样)模式;D/A转换器工作在基带采样(过采样)模式，即中频信号分别位于第三Nyquist区和第一Nyquist区。欠采样与过采样示意图如图2、3所示。

　　本设计DDC与DUC的Xilinx FPGA实现采用改进型方案，如图4所示结构。