您现在的位置: 新晨范文网 >> 设计论文 >> 电路设计论文 >> 正文

浅析通信射频模块控制电路设计

2019/08/28 阅读:

摘要:对通信射频模块进行控制需要通信基带模块具有较高的速率,可以使用FEC(前向纠错码)或者ARQ(自动重传请求算法)等对数据进行校验,FEC算法在进行数据校验时较为复杂,需要依靠较多的硬件资源和宽带;ARQ算法在进行数据校验时,会因为双向数据传输和等待给通信造成较大的数据延迟。因此,本文提出了一种基于自适应纠错功能的通信射频模块控制电路,对信号跳变进行更好的处理,以实现对射频模块电路的控制。

关键词:自适应纠错;通信射频模块;控制电路

引言

通信系统的快速发展使射频模块和基带之间的数据速度得到了极大的提高。通信射频模块中的基带信号包含了自动增益、自动功率和自动频率等调节信息,这些调节信息都是通信系统的基础。对误码率进行解决的话,传统方法有FEC(前向纠错码)或者ARQ(自动重传请求算法),FEC算法带宽较大,ARQ算法带宽较小。但是两种算法在实际的计算中会因为数据重传请求以及相应过程为其带来较大的延迟,除了这两种算法,还有CRC校验算法也在通信射频模块控制电路中有较为广泛的应用。

1无线终端系统设计

无线终端系统示意图如图1所示。CBM:通信基带模块;CRMCC:射频模块控制电路;CRM:通信射频模块。通信基带模块主要负责信源编码和解码;射频模块控制电路主要接收来自通信射频模块的基带控制信号,并将其生成射频模块控制信号(RFCS),通过射频模块控制信号对通信射频模块进行控制,并向通信射频模块返回信号接收回馈信息(SRCFM)。射频模块会在射频模块信号控制下,接收来自基带传输的通信数据。

2常见的纠错算法

一个标准的时序信号会显示正常的信号示意,DATA信号是最高有效位,可以对信号进行优先传输,原始的DATA信号所传输的信号是二进制,相对于其他质量的DATA信号,CLK信号的最高位并没有被采样,DATA信号可以在其他的时间保持高电平,并将最后的采样结果表示为8位的二进制。如果该数据用于控制信号功率,对于功率信号而言,增加的倍数较多,对通信系统将会造成十分严重的影响。移动通信会随着终端和基站之间的距离而随时发生变换,AGC和AFC参数需要进行修正设置,对于出现的传输错误以及数据跳变等操作,通信射频模块控制电路需要对其作出正确的反应。同时为了更好地解决基带和射频模块之间存在的误码问题,可以采用FEC(前向纠错码)或者ARQ(自动重传请求算法)。ARQ(自动重传请求算法)有几种典型的技术方式,比如停止等待、回退N步以及选择重传等方式,其中回退N步方式与选择重选方式在正常的工作环境下具有较好的性能,但是应用到射频控制模块中,存在无法实现等待回传数据的问题,限制了自动重传请求算法的实际应用。FEC(前向纠错码)算法在实际的使用中,误码率为1/2或3/4,原始码率能够达到200%,但是占用的额外带宽较大,对于信道有限的通信射频控制模块而言无法得到更好的实现效果。

3自适应滤波器

自适应滤波器与普通的滤波器不同,自适应滤波器会根据外部的环境变化而发生变化,通过改变自身的冲激响应来获取最佳的滤波效果;同时,自适应滤波器还包含了普通滤波器的硬件电路。滤波器的自适应算法可以根据上一个阶段的滤波参数适应来自外界的信号变化,从而达到最佳的性能要求,自适应滤波器是线性变化的过程。自适应滤波器包含了数字滤波器和自适应滤波算法两部分,数字滤波器可以完成滤波功能,自适应算法可以让滤波器的效果达到最优。其原理如图2所示。X(n)表示输入信号;Y(n)表示输出信号;d(n)表示系统期望信号;e(n)表示系统误差信号。自适应滤波器包含不同的结构形式,同时也是一种非递归型滤波器,在数字信号处理中应用广泛,其处理的特点是在幅度特性较为随意的情况下,也可以保证其线性特征,不会出现相位失真的情况,同时也不会因为无反馈回路而影响稳定性问题。可以对数字滤波器的系数进行调整,以保证滤波器的性能,同时也是保证滤波器的稳定性。为了更好的满足滤波器的性能,在进行设计时,需要采用较高的滤波阶数,较低的阶数会使得滤波器的系数较小,而无法满足实际的需求。

4基于自适应纠错功能需求的通信射频模块控制电路

4.1系统硬件架构

在对通信射频模块控制电路进行设计时,可以通过可视化的上位机方式对界面参数进行灵活设置,以实现在多频段下的无线信道接入,满足数据通信的要求。总体架构设计如图3所示。系统中的控制模块是本文设计的重点,由于AD/DA采样芯片可以对各个模块进行整合,控制部分会完成各个模块中的信号接收和发射,实现模拟射频信号的接入。

4.2通信射频模块控制电路设计

为了更好的解决射频通信模块控制电路中所存在的误码率问题,提出了一种基于自适应纠错功能需求的通信射频模块控制电路。其基本架构如图4所示。CBM:通信基带模块;CRM:通信射频模块;BCS:射频模块控制信号;SRCFM:信号接收回馈信息;RMCS:射频模块(包括天线);SRU:信号接收单元;SRSFU:信号接收信息反馈单元;STCU:信号阈值控制单元;SVFU:信号数值滤波单元;CVSU:控制数值存储单元;CSGEU:控制信号生成使能单元;CSGU:控制信号生成单元。

4.2.1信号接收单元(SRU)在SRU的内部,包含了相应基带控制信号中的解码电路,接收来自输入的基带控制信号,并将输入的基带控制信号传输给信号接收反馈信息(SRSFU),SRSFU对信号接收单元中的数据进行监控,并将得到的信号数值传输给信号阈值控制单元(STCU),SRSFU单元会同时接收来STCU的信息,并将得到的信息反馈给基带。

4.2.2信号阈值控制单元(STCU)STCU会接收信号反馈信息的信号数值,单元中含有初始化阈值信息、寄存器以及比较单元,其中阈值信息包含了信号数值比较阈值和误差计数阈值。STCU接收到的有效数据,会自动判断数据是否使能,并将得到的判断结果通知给控制信号生成使能单元(CSGEU)。信号阈值控制单元(STCU)还可以接收信号数据滤波单元(SVFU)的数据,并将数据存入缓存中,以等待下一次的有效信号。

4.2.3数值信号滤波单元(SVFU)SCFU会接收来自信号阈值控制单元中的数据信息,单元内部包含滤波单元,滤波器中包含了固定系数单元和可配置系数单元。每一次信号阈值控制单元所接收到的有效信号都会传输到信号数据滤波单元中,信号数据滤波单元(SVFU)会将控制数值存储单元(CVSU)中的数据逐一乘以对应的数值,并计算出最终的滤波结果,将得到的滤波结果存入到控制数据存储单元中。

4.2.4控制数值存储单元(CVSU)在CVSU中所提供的读写端口,会同时供信号数据滤波单元和控制信号生成使能单元进行写入和数据读取,控制数据存储单元也会同时接收来自信号接收信息反馈单元(SRSFU)的修正数据存储,CSGEU接收来自信号阈值控制单元所发出的同通知信号,如果信号阈值控制电源可以对当前的信号使能进行通知,则可以让CSGEU生成使能信号,反之则不能。

4.2.5控制信号生成单元(CSGU)CSGU包含了通信射频模块中的电路,当控制信号生成单元通过周期性的方式对控制数据存储单元和控制信号生成使能单元中的信息进行读取,如果控制信号生成使能单元给出使能信号,则控制信号生成单元会自动读取来自控制数据存储单元中的数据信息,并自动生成射频控制信号。通过上述的模块分析,得出通信射频模块控制电路可以对数据错误和数据跳变进行正确的区分和处理。在进行架构设计时,所有的处理内容都需要通过信号接收信息反馈单元和信号阈值控制单元来完成。

4.3通信射频模块控制电路处理流程

基于自适应纠错功能需求的通信射频模块控制电路的处理流程分为四部分:普通信号、出错信号、失效信号以及有效信号跳变。其中,错误信号流程中主要反映的是被滤波所造成的错误,如图5所示。有效信号跳变流程则反映了数据跳变的真实情况。本研究所设计的基于自适应纠错功能需求的通信射频模块控制电路的判断流程如图6所示。信号接收信息反馈单元可以判断当前的信号是否有效,如果无效会进入到失效信号流程中;如果信号有效,则检查当前数值、缓存值以及比较阈值,如果当前数值和缓存值的绝对值小于或等于比较阈值,则会自动进入到普通信号流程中;如果不是当前结果,则需要对信号误差计数寄存器以及信号误差计数阈值进行检查,如果信号误差计数寄存器大于信号误差计数阈值,则会自动进入有效信号跳变流程中,如果无法达到此结果,则会使用出错信号流程。其处理结果如图7和图8所示,图7表示的是普通信号流程、出错信号流程以及失效信号流程。从图8可以看出,本文所提出的通信射频模块控制电路架构对于出错的数据跳变可以进行滤波。如果出现了错误的出错信号和失效信号,则控制信号生成单元会处于空闲状态,不会有任何的信号发生,对于通信射频模块的正常运行具有很大作用。图8可以得到,本文所提出的基于自适应纠错功能需求的通信射频模块控制电路的有效数据跳变可以对其进行与有效的辨别,并且在3个周期后会对数据做出相应的反应。

4.4硬件消耗与性能比较

将本文所设计的基于自适应功能需求的通信射频模块控制电路架构与已有的FEC(前向纠错码)和ARQ(自动重传请求算法)的性能与硬件消耗进行比较,如表1所示。从表1可以看出,本研究中所提出的一种新的通信射频模块控制电路在误码纠错上能够得到较高的纠错率,但是也无法达到100%,但是该架构可以在零响应的时间下达到较好的射频模块控制效果,并且不需要依靠额外带宽。本文所提出的基于自适应纠错功能需求的通信射频模块控制电路架构在算法计算和硬件消耗等方面都优于FEC算法和ARQ算法。

5结束语

本文提出了一种基于自适应纠错功能需求的通信射频模块控制电路结构,设计完成后的通信射频模块控制电路架构可以对数据跳变进行更好的计算,对有效数据跳变和错误数据跳变进行区分,并对不同的参数做出正确的响应。通信射频模块控制电路架构在响应时间为零的状态下,不需要通过额外带宽就可以完成较好的射频模块控制。而本研究中所涉及到的滤波器模块作为通信射频模块控制电路架构设计中一个非常关键的模块,其各项参数的自适应修正算法则是未来研究的重点方向

参考文献

[1]基于粒子群的射频天线自适应阻抗匹配的设计[D].长沙:湖南大学,2012.

[2]张军.基于dPMR标准的射频发射模块设计[D].北京:北京化工大学,2013.

[3]潘婧,戴晶,蹇安安.一种信号自适应的控制器设计与实现[J].制造业自动化,2014,(8):130-133.

[4]黄伟,彭显刚,邓小康.一种可自适应多通信模块的智能电表设计[J].陕西电力,2017,45(2).

[5]王洋,张京娟,刘伟,等.基于自适应控制器的无人机飞行控制系统研究[J].弹箭与制导学报,2010,30(4):15-18.

[6]韩明超.基于单天线架构自适应干扰消除技术的全双工通信系统研究与实现[D].北京邮电大学,2015.

[7]臭氧智能感知控制器与自适应PLC网络通讯模块的研究与实现[D].青岛:中国海洋大学,2013.

[8]宋海方,吴华,程嗣怡,等.基于射频隐身的雷达干扰功率自适应控制方法[J].火力与指挥控制,2014(6):118-121.

[9]靳勇.基于跳数限制的WSNs自适应协作FEC机制[J].常熟理工学院学报,2011,25(8):106-110.

[10]刘春,张伟,赵海燕,等.基于反馈控制的软件适应性需求的识别与分析[J].软件学报,2015,26(4):713-729.

[11]贾若,张琨,张磊.自适应RFID室内定位算法研究[J].计算机仿真,2014,31(09):33-37.

[12]李军怀,贾金朋,王怀军,等.基于信号强度差的RFID室内定位研究[J].计算机科学,2015,42(11):154-157.

[13]殷桂华,王小辉,雷毅谈.基于TDOA的室内运动目标双曲线RFID定位方法[J].计算机应用,2014,(S2):52-54.

[14]温佩芝,苏亭婷,李丽芳,等.基于粒子群的射频识别定位算法[J].计算机工程与科学,2014,36(05):917-922.

[15]吴杰,冯锋,丁志义.基于RFID与WSN融合技术的井下定位算法研究[J].计算机工程与设计,2014,(07):2278-2282.

作者:李力厚 程磊 单位:洛阳铁路信息工程学校

浅析通信射频模块控制电路设计

2019/08/28 阅读:

推荐度:

免费复制文章