淺析通信射頻模塊控制電路設計范文

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摘要:對通信射頻模塊進行控制需要通信基帶模塊具有較高的速率，可以使用FEC(前向糾錯碼)或者ARQ(自動重傳請求算法)等對數據進行校驗，FEC算法在進行數據校驗時較為復雜，需要依靠較多的硬件資源和寬帶;ARQ算法在進行數據校驗時，會因為雙向數據傳輸和等待給通信造成較大的數據延遲。因此，本文提出了一種基于自適應糾錯功能的通信射頻模塊控制電路，對信號跳變進行更好的處理，以實現對射頻模塊電路的控制。

關鍵詞:自適應糾錯;通信射頻模塊;控制電路

引言

通信系統的快速發展使射頻模塊和基帶之間的數據速度得到了極大的提高。通信射頻模塊中的基帶信號包含了自動增益、自動功率和自動頻率等調節信息，這些調節信息都是通信系統的基礎。對誤碼率進行解決的話，傳統方法有FEC(前向糾錯碼)或者ARQ(自動重傳請求算法)，FEC算法帶寬較大，ARQ算法帶寬較小。但是兩種算法在實際的計算中會因為數據重傳請求以及相應過程為其帶來較大的延遲，除了這兩種算法，還有CRC校驗算法也在通信射頻模塊控制電路中有較為廣泛的應用。

1無線終端系統設計

無線終端系統示意圖如圖1所示。CBM:通信基帶模塊;CRMCC:射頻模塊控制電路;CRM:通信射頻模塊。通信基帶模塊主要負責信源編碼和解碼;射頻模塊控制電路主要接收來自通信射頻模塊的基帶控制信號，并將其生成射頻模塊控制信號(RFCS)，通過射頻模塊控制信號對通信射頻模塊進行控制，并向通信射頻模塊返回信號接收回饋信息(SRCFM)。射頻模塊會在射頻模塊信號控制下，接收來自基帶傳輸的通信數據。

2常見的糾錯算法

一個標準的時序信號會顯示正常的信號示意，DATA信號是最高有效位，可以對信號進行優先傳輸，原始的DATA信號所傳輸的信號是二進制，相對于其他質量的DATA信號，CLK信號的最高位并沒有被采樣，DATA信號可以在其他的時間保持高電平，并將最后的采樣結果表示為8位的二進制。如果該數據用于控制信號功率，對于功率信號而言，增加的倍數較多，對通信系統將會造成十分嚴重的影響。移動通信會隨著終端和基站之間的距離而隨時發生變換，AGC和AFC參數需要進行修正設置，對于出現的傳輸錯誤以及數據跳變等操作，通信射頻模塊控制電路需要對其作出正確的反應。同時為了更好地解決基帶和射頻模塊之間存在的誤碼問題，可以采用FEC(前向糾錯碼)或者ARQ(自動重傳請求算法)。ARQ(自動重傳請求算法)有幾種典型的技術方式，比如停止等待、回退N步以及選擇重傳等方式，其中回退N步方式與選擇重選方式在正常的工作環境下具有較好的性能，但是應用到射頻控制模塊中，存在無法實現等待回傳數據的問題，限制了自動重傳請求算法的實際應用。FEC(前向糾錯碼)算法在實際的使用中，誤碼率為1/2或3/4，原始碼率能夠達到200%，但是占用的額外帶寬較大，對于信道有限的通信射頻控制模塊而言無法得到更好的實現效果。

3自適應濾波器

自適應濾波器與普通的濾波器不同，自適應濾波器會根據外部的環境變化而發生變化，通過改變自身的沖激響應來獲取最佳的濾波效果;同時，自適應濾波器還包含了普通濾波器的硬件電路。濾波器的自適應算法可以根據上一個階段的濾波參數適應來自外界的信號變化，從而達到最佳的性能要求，自適應濾波器是線性變化的過程。自適應濾波器包含了數字濾波器和自適應濾波算法兩部分，數字濾波器可以完成濾波功能，自適應算法可以讓濾波器的效果達到最優。其原理如圖2所示。X(n)表示輸入信號;Y(n)表示輸出信號;d(n)表示系統期望信號;e(n)表示系統誤差信號。自適應濾波器包含不同的結構形式，同時也是一種非遞歸型濾波器，在數字信號處理中應用廣泛，其處理的特點是在幅度特性較為隨意的情況下，也可以保證其線性特征，不會出現相位失真的情況，同時也不會因為無反饋回路而影響穩定性問題。可以對數字濾波器的系數進行調整，以保證濾波器的性能，同時也是保證濾波器的穩定性。為了更好的滿足濾波器的性能，在進行設計時，需要采用較高的濾波階數，較低的階數會使得濾波器的系數較小，而無法滿足實際的需求。

4基于自適應糾錯功能需求的通信射頻模塊控制電路

4．1系統硬件架構

在對通信射頻模塊控制電路進行設計時，可以通過可視化的上位機方式對界面參數進行靈活設置，以實現在多頻段下的無線信道接入，滿足數據通信的要求。總體架構設計如圖3所示。系統中的控制模塊是本文設計的重點，由于AD/DA采樣芯片可以對各個模塊進行整合，控制部分會完成各個模塊中的信號接收和發射，實現模擬射頻信號的接入。

4．2通信射頻模塊控制電路設計

為了更好的解決射頻通信模塊控制電路中所存在的誤碼率問題，提出了一種基于自適應糾錯功能需求的通信射頻模塊控制電路。其基本架構如圖4所示。CBM:通信基帶模塊;CRM:通信射頻模塊;BCS:射頻模塊控制信號;SRCFM:信號接收回饋信息;RMCS:射頻模塊(包括天線);SRU:信號接收單元;SRSFU:信號接收信息反饋單元;STCU:信號閾值控制單元;SVFU:信號數值濾波單元;CVSU:控制數值存儲單元;CSGEU:控制信號生成使能單元;CSGU:控制信號生成單元。

4．2．1信號接收單元(SRU)在SRU的內部，包含了相應基帶控制信號中的解碼電路，接收來自輸入的基帶控制信號，并將輸入的基帶控制信號傳輸給信號接收反饋信息(SRSFU)，SRSFU對信號接收單元中的數據進行監控，并將得到的信號數值傳輸給信號閾值控制單元(STCU)，SRSFU單元會同時接收來STCU的信息，并將得到的信息反饋給基帶。

4．2．2信號閾值控制單元(STCU)STCU會接收信號反饋信息的信號數值，單元中含有初始化閾值信息、寄存器以及比較單元，其中閾值信息包含了信號數值比較閾值和誤差計數閾值。STCU接收到的有效數據，會自動判斷數據是否使能，并將得到的判斷結果通知給控制信號生成使能單元(CSGEU)。信號閾值控制單元(STCU)還可以接收信號數據濾波單元(SVFU)的數據，并將數據存入緩存中，以等待下一次的有效信號。

4．2．3數值信號濾波單元(SVFU)SCFU會接收來自信號閾值控制單元中的數據信息，單元內部包含濾波單元，濾波器中包含了固定系數單元和可配置系數單元。每一次信號閾值控制單元所接收到的有效信號都會傳輸到信號數據濾波單元中，信號數據濾波單元(SVFU)會將控制數值存儲單元(CVSU)中的數據逐一乘以對應的數值，并計算出最終的濾波結果，將得到的濾波結果存入到控制數據存儲單元中。

4．2．4控制數值存儲單元(CVSU)在CVSU中所提供的讀寫端口，會同時供信號數據濾波單元和控制信號生成使能單元進行寫入和數據讀取，控制數據存儲單元也會同時接收來自信號接收信息反饋單元(SRSFU)的修正數據存儲，CSGEU接收來自信號閾值控制單元所發出的同通知信號，如果信號閾值控制電源可以對當前的信號使能進行通知，則可以讓CSGEU生成使能信號，反之則不能。

4．2．5控制信號生成單元(CSGU)CSGU包含了通信射頻模塊中的電路，當控制信號生成單元通過周期性的方式對控制數據存儲單元和控制信號生成使能單元中的信息進行讀取，如果控制信號生成使能單元給出使能信號，則控制信號生成單元會自動讀取來自控制數據存儲單元中的數據信息，并自動生成射頻控制信號。通過上述的模塊分析，得出通信射頻模塊控制電路可以對數據錯誤和數據跳變進行正確的區分和處理。在進行架構設計時，所有的處理內容都需要通過信號接收信息反饋單元和信號閾值控制單元來完成。

4．3通信射頻模塊控制電路處理流程

基于自適應糾錯功能需求的通信射頻模塊控制電路的處理流程分為四部分:普通信號、出錯信號、失效信號以及有效信號跳變。其中，錯誤信號流程中主要反映的是被濾波所造成的錯誤，如圖5所示。有效信號跳變流程則反映了數據跳變的真實情況。本研究所設計的基于自適應糾錯功能需求的通信射頻模塊控制電路的判斷流程如圖6所示。信號接收信息反饋單元可以判斷當前的信號是否有效，如果無效會進入到失效信號流程中;如果信號有效，則檢查當前數值、緩存值以及比較閾值，如果當前數值和緩存值的絕對值小于或等于比較閾值，則會自動進入到普通信號流程中;如果不是當前結果，則需要對信號誤差計數寄存器以及信號誤差計數閾值進行檢查，如果信號誤差計數寄存器大于信號誤差計數閾值，則會自動進入有效信號跳變流程中，如果無法達到此結果，則會使用出錯信號流程。其處理結果如圖7和圖8所示，圖7表示的是普通信號流程、出錯信號流程以及失效信號流程。從圖8可以看出，本文所提出的通信射頻模塊控制電路架構對于出錯的數據跳變可以進行濾波。如果出現了錯誤的出錯信號和失效信號，則控制信號生成單元會處于空閑狀態，不會有任何的信號發生，對于通信射頻模塊的正常運行具有很大作用。圖8可以得到，本文所提出的基于自適應糾錯功能需求的通信射頻模塊控制電路的有效數據跳變可以對其進行與有效的辨別，并且在3個周期后會對數據做出相應的反應。

4．4硬件消耗與性能比較

將本文所設計的基于自適應功能需求的通信射頻模塊控制電路架構與已有的FEC(前向糾錯碼)和ARQ(自動重傳請求算法)的性能與硬件消耗進行比較，如表1所示。從表1可以看出，本研究中所提出的一種新的通信射頻模塊控制電路在誤碼糾錯上能夠得到較高的糾錯率，但是也無法達到100%，但是該架構可以在零響應的時間下達到較好的射頻模塊控制效果，并且不需要依靠額外帶寬。本文所提出的基于自適應糾錯功能需求的通信射頻模塊控制電路架構在算法計算和硬件消耗等方面都優于FEC算法和ARQ算法。

5結束語

本文提出了一種基于自適應糾錯功能需求的通信射頻模塊控制電路結構，設計完成后的通信射頻模塊控制電路架構可以對數據跳變進行更好的計算，對有效數據跳變和錯誤數據跳變進行區分，并對不同的參數做出正確的響應。通信射頻模塊控制電路架構在響應時間為零的狀態下，不需要通過額外帶寬就可以完成較好的射頻模塊控制。而本研究中所涉及到的濾波器模塊作為通信射頻模塊控制電路架構設計中一個非常關鍵的模塊，其各項參數的自適應修正算法則是未來研究的重點方向

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作者：李力厚 程磊 單位：洛陽鐵路信息工程學校