CN101594163B - 一种基于wlan的零中频结构实现收发的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实现基于WLAN的BBP/MAC(基带处理器/媒体访问控制)芯片的零中频结构的射频收发方法和装置，包括发射、接收、变频以及控制模块。WLAN(802.11b/g)工作在2.4GHz频段，带宽20MHz，主要由BBP/MAC(基带处理器/媒体访问控制器)芯片和RF芯片组成。由于高频信号在有线介质中衰减太大，束缚了其在有线领域的应用。零中频系统用于替换集成的2.4GHz/5.8GHz的RF芯片，调整射频频率，实现800MHz~2.5GHz不同频率下的高速收发。包括BBP/MAC芯片、调制器、解调器、频率合成器以及自动增益调整(AGC)模块。由于BBP/MAC芯片的AGC(自动增益控制)为固定算法，需要设计相应的模块来实现较大的接收动态范围。

Description

一种基于WLAN的零中频结构实现收发的方法和装置
技术领域
本发明涉及采用零中频技术改变WLAN中心频率的方法和装置，设计射频前端电路以适应基带处理器(BBP)集成电路中现有自动增益控制(AGC)，实现WLAN变频通信功能。 
背景技术
WLAN工作在2.4GHz/5.8GHz频段，由于高频信号在有线介质中衰减太大，束缚了其在有线领域的应用。为支持某些特殊应用，需要改变WLAN中心频率但不能降低信号带宽。由于接收机的自动增益控制(AGC)电路固化在BBP/MAC芯片中，在变频使用时，不能改变集成电路中固有算法，需要重新设计增益电路以适应固有的AGC算法。 
在现有的2.4GHz射频前端接收电路中，信号从天线通过一个收发开关和接收滤波器到集成的射频收发芯片(RF Transceiver)中。该射频芯片集成了低噪声放大器，解调器以及可变增益放大器(VGA)。输出模拟基带信号到基带处理芯片(BBP)。对于不同强度的射频信号，基带处理芯片中的自动增益控制(AGC)通过测量射频芯片输出的模拟基带信号能量，调整射频收发芯片(RF Transceiver)中低噪声放大器的放大倍数和可变增益放大器(VGA)的增益值，实现一定的接收机灵敏度和动态范围。 
在现有的2.4GHz射频前端发射电路中，基带处理器(BBP)输出基带信号到集成的射频芯片(RF Transceiver)中，该射频芯片集成了可调增益放大器(VGA)、混频器和功率放大器。输出射频信号到收发开关，然后到天线。 
基于WLAN的变频RF收发器，有两种方案，一种是二次变频的方法，在传统2.4GHz射频模块之后，增加一级变频模块实现频率变换，变频之后的信号再进行收发的增益控制。第二种就是本发明中所述的零中频方案，将BBP/MAC的I/Q信号直接经过一次变频得到所需的射频信号。零中频方案相对二次变频方案，硬件成本更小，复杂度更低。 
发明内容
本发明提供一种基于WLAN的零中频结构实现收发的方法和装置，达到以较小的硬件成本和复杂度，变频实现高速数据收发功能，实现在有线领域的WLAN应用。本发明公开了一种利用现有BBP/MAC(基带处理器/媒体访问控制)芯片，以及调制器、解调器、频率合成器、滤波器、可调增益模块、可调衰减模块来实现这一目标，如图1所示。发射通路中，从BBP/MAC出来的I/Q信号经过调制器驱动器后进入调制器，直接变频到目标频率800MHz~2.5GHz，调制器输出的射频信号经过低噪声放大器、可变增益放大器、功率放大器PA及可调衰减器实现发射能量的控制，完成发射通路。如图2所示，在发射通路中，发射功率可调的部分包括由低噪声放大器、可调衰减器和功率放大器组成的可调增益模块。
接收通路中，天线接收目标信号通过接收滤波器和可变增益模块，实现较大的接收能量动态范围，其中可变增益模块包括LNA和VGA，VGA由于AGC算法固化在BBP/MAC芯片中，需要设计相应的模块来实现能量的正确调整，信号经过直接下变频和基带差分运算放大器得到接收I/Q信号，输入到BBP/MAC芯片，完成接收通路。如图3所示，在接收通路中，接收信号的AGC(自动增益控制)控制由两级LNA和一级VGA组成的可变增益模块，本发明提出BBP/MAC芯片的AGC算法输出的高2位分别控制两级LNA，实现0dB/16dB/32dB增益控制，AGC算法输出的低5位通过一个逻辑电路以及一个转换模块，实现对模拟电压控制的VGA的增益调整，综合LNA、VGA、基带放大器(BB AMP)，整个接收通路实现0~+100dB增益变化范围。 
AGC固定算法中增益控制为数字输出，正向增益控制，即AGC数字量越大，增益越大，而接收通路中的VGA为模拟电压控制，负向增益控制，即模拟电压越大，增益值越小，为了适应BBP/MAC芯片中的AGC固定算法，将BBP/MAC中的AGC输出经过反相器实现增益控制方向调整，然后经过高速数字/模拟转换器(D/AC)和运放实现数字量到模拟量的转换，最终实现自动增益控制，如图4所示。 
通过设计可变增益模块的增益，提高接收灵敏度。参见具体实施方式。 
本发明的特征包括： 
(1)发射电路采用直接上变频方式实现； 
(2)接收电路采用直接下变频方式实现； 
(3)在发射通路，由低噪声放大器、可调衰减器和功放驱动组成的可调增益模块以及功率放大器(PA)提供可变增益输出。 
(4)在接收通路，设计可变增益模块的增益以及固定衰减值，提高接收灵敏度，实现较大的接收动态范围； 
(5)在接收通路，设计逻辑模块将AGC中固定的的正向调整算法(即AGC值越大其代表的增益值越大)适应解调器中的负向调整机制(即AGC值越大其代表的增益值越小) 
附图说明
图1为一种基于IEEE 802.11b/g的零中频结构实现收发的电路结构示意图； 
图2为发射通路电路结构示意图； 
图3为接收通路电路结构示意图； 
图4为自动增益控制电路结构示意图； 
具体实施方式
以下结合附图，具体说明本发明。 
本发明公开了一种基于WLAN的零中频结构实现收发的方法和装置。该装置包括发射通路和接收通路。 
该装置使用分立器件实现了零中频系统，实现800MHz至2.5GHz频率，20MHz带宽的宽频高速数据收发，该装置包括发射通道和接收通道，接收通道包括由低噪声放大器LNA和可变增益放大器VGA组成的可调增益模块，解调器模块，发射通道包括驱动器、调制器、可调衰减模块、功率放大器(PA)，频率合成模块为发射和接收提供本振信号； 
在发射通路中，从BBP/MAC出来的I/Q信号经过调制器驱动器，完成信号直流电平调整和信号幅度调整后进入调制器，直接上变频到目标频率800MHz~2.5GHz，调制器输出的射频信号经过低噪声放大器、可调衰减器及功率放大器PA实现发射能量的增益控制，完成发射通路；如图2所示，发射通路中LNA增益为15dB，可调衰减器增益范围在-30~0dB，PA增益为15dB(可旁路)，总的发射功率范围在-34~+12dBm。 
在接收通路中，天线接收射频信号通过接收滤波器和可变增益模块，可变增益模块包括LNA和VGA，VGA由于AGC算法固化在BBP/MAC芯片中，设计相应的模块来实现能量的正确调整，在接收通路中，接收信号的自动增益控制AGC由两级LNA和一级VGA组成可变增益模块，BBP/MAC芯片的AGC共有7位，其中的高两位AGC[6:5]控制两级LNA，实现0dB/16dB/32dB增益控制，AGC算法低5位AGC[4:0]控制VGA实现-30~+40dB增益控制范围，AGC算法输出的低5位通过一个逻辑电路以及一个转换模块，实现对模拟电压控制的VGA的增益调整，基带放大器为固定30dB增益，综合LNA、VGA、基带放大器，整个接收通路实现0~+100dB增益变化范围，实现较大的接收能量动态范围，信号经过混频器直接下变频，再经过基带差分运算放大器得到接收I/Q信号，输入到BBP/MAC芯片，完成接收通路。BBP/MAC芯片通过AGC算法，测量接收的射频能量信号，自动控制LNA和VGA，实现将较大动态范围的射频信号能量调整到合适的能量范围供基带解调。 
本发明具有以下优点： 
(1)零中频RF结构，通过一次变频实现变频目的； 
(2)不需要改变已有芯片AGC算法，提高接收灵敏度，实现WLAN收发功能。 
以上公开的为本发明的一个具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落在本发明的保护范围内。 

Claims (1)

1.一种基于WLAN的零中频结构实现收发的装置，其特征在于该装置使用分立器件实现了零中频系统，实现800MHz至2.5GHz频率，20MHz带宽的宽频高速数据收发，该装置包括发射通路和接收通路，接收通路包括接收滤波器、由低噪声放大器LNA和可变增益放大器VGA组成的可调增益模块、混频器、基带差分运算放大器，发射通路包括调制驱动器、调制器、低噪声放大器、可调衰减器、功率放大器(PA)，频率合成模块为发射和接收提供本振信号；
在发射通路中，从BBP/MAC出来的I/Q信号经过调制器驱动器，完成信号直流电平调整和信号幅度调整后进入调制器，通过调制器直接上变频到目标频率800MHz～2.5GHz，调制器输出的射频信号经过低噪声放大器、可调衰减器及功率放大器PA实现发射能量的增益控制，完成发射通路；
在接收通路中，天线接收射频信号通过接收滤波器和可变增益模块，实现较大的接收能量动态范围，信号经过混频器直接下变频，再经过基带差分运算放大器得到接收I/Q信号，输入到BBP/MAC芯片，完成接收通路；
适应基带处理器/媒体访问控制BBP/MAC芯片固有的自动增益控制AGC算法，设计电路模块实现接收信号的自动增益调整，其中接收通路的可变增益模块包括LNA和VGA，VGA由于AGC算法固化在BBP/MAC芯片中，设计相应的模块来实现能量的正确调整，在接收通路中，接收信号的自动增益控制AGC由两级LNA和一级VGA组成可变增益模块，BBP/MAC芯片的AGC算法输出的高2位分别控制两级LNA，实现0dB/16dB/32dB增益控制，AGC算法输出的低5位通过一个逻辑电路以及一个转换模块，实现对模拟电压控制的VGA的增益调整，综合LNA、VGA、基带放大器，整个接收通路实现0～+100dB增益变化范围。
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