PDT警用数字集群基站发射链路的仿真设计与实现

胡展威

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663 ）

PDT警用数字集群基站发射链路的仿真设计与实现

胡展威

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663 ）

研究PDT警用数字集群基站的发射机部分，完成方案设计后，利用Genesys软件下进行详细的系统仿真，对发射部分的增益、功率等指标的进行分解，并选择适合的关键器件进行具体设计，经过调试与测试得出的结果与预期的目标一致，满足设计要求。

警用数字集群（PDT）；Genesys；增益；功率

1 引言

为了确保公安系统、反恐、地铁、大型比赛等场合的正常运转，需要依靠运营设备的精确调度与及时响应，这一切背后都离不开集群通信的大力发展，然而国内传统模拟集群使用较为频繁，但是它存在着系统容量小、频率利用率不高、安全保密性较差、业务功能比较单一等缺点，然而国际上的其他数字集群标准如欧洲的TETRA和DMR、美国的iDEN，北美的APCO project25，以色列的FHMA标准，它们不仅存在覆盖范围小、而且建网费用昂贵，还不能与模拟集群系统兼容且还存在国外知识产权纠纷等问题。尤以我国公共安全的角度出发，亟需一个具备知识产权，并适合国内公共安全的数字集群标准。

2008年，由中国公安部牵头制订的警用数字集群系统PDT是一份结合中国现状与实情、放眼国际、具有中国特色的数字通信标准，一经启动，备受各方关注。经过六年多的努力，标准可望在近期发布。

2 PDT标准发射主要射频指标要求

（1）工作频带360.8-366.2MHz

（2）载波间隔12.5KHz

（3）发射功率 50W(47dBm)

（4）邻道抑制比±12.5KHz@≤-60dB

（5）频率误码率 ≤1×10-4

3 PDT警用数字集群基站发射部分方案设计

由后端数字部分处理后的基带信号，通过直接调制的方式，直接调制到发射本振上，无需混频器，此时从基带出来的信号大小为-6dBm，基站的发射部分就是将该信号经过滤波、放大，最后从天线口输出50W(47dBm)功率大小的信号，但还需满足基站发射的各项性能指标其中包括功率大小、发射杂散、邻道功率比，还包括发射上升和下降时间、频率误差、调制频偏误差等指标。PDT基站发射部分链路框图如图1所示，总体来讲是将已经调制好的信号通过三级驱动放大，再经过大功率管，将信号放大至50W(47dBm)，再经过天线口发射出去。

但为了对二次、三次等谐波的抑制，加入了低通滤波器，同时为了控制功率保持在固定的值，通过功率闭环处理，即在最后一级PA的地方，加入功率检测电路，当输出功率过高时，通过CPU控制数字衰减器，增大衰减量，使功率降低。当检测到输出功率较小时，则通过CPU重新给数字衰减器重新配数，来减小数字衰减器的衰减量。通过功率检测电路方式，不仅知道功率大小，还可以保证功放输出一个相对固定的值，但在高温条件下单靠功率闭合控制还不够，还需加入温度补偿电路，使该基站能够在高温和低温的条件下，基站的输出功率基本保持在固定的值。补偿电路的原理是当温度偏高或者偏低时，找出功放管的输出功率特性，即自身输出功率与温度特性的曲线，通过温度补偿电路进行调整，实现有效补偿因温度变化而带来有源器件的增益、输出功率的波动或RF特性的漂移。

为了减小功放管的输入输出的驻波比，驻波过大有时很容易烧毁功放管，所以在功放管的输入、输出部分都加隔离器，而且还可以对功放输出的谐波及杂散进行抑制。为了便于对功放管进行功率检测，通过耦合器耦合很弱的信号进行采样，采样之后通过功率检测芯片，将功率信号转换为电压信号后，电压信号直接送入含有自身携带有AD的CPU进行处理，通过CPU进行一定公式计算后，得出功率大小，根据功率的情况来控制数字衰减器的衰减量，使功放输出一个比较稳定的功率大小。

根据PDT的标准要求发射功率 50W(47dBm)，而基带提供的激励只有-6dBm，所以要求系统的增益为53dB，中间还需加入低通滤波器、衰减器、隔离器，而这些都会引入插损，结合目前RF放大器件的情况最后采用三级驱动放大和最后一级功率放大，构成四级放大的系统结构。

图1 PDT基站发射部分的框图

4 Genesys软件下进行仿真设计及仿真结果分析

近年来由于微波CAD技术的不断发展，使得微波电路设计时间缩短，因而CAD技术在微波电路设计中成为很重要的一环。美国Eagleware公司的Genesys微波仿真软件就是其中一款功能强大的射频微波设计软件，它具有键面人性化，易于操作，仿真结果较准确，而且仿真速度快。PDT基站发射部分的射频链路，可以借助 Genesys这款微波仿真软件，进行前期的仿真设计，来评估设计的合理性。首先安装Genesys软件，再打开Genesys软件，选择和建立系统级仿真的工程，建立好工程之后，然后添加各个模块的模型，建立好相应的PDT基站发射部分的射频链路结构，仿真模型如图2所示。根据PDT的标准要求发射功率 50W(47dBm)，而基带提供的激励只有-6 dBm，结合各个模块的合理性，设定好相应的参数，譬如增益、P1dB、噪声系数等，保证各个模块的合理性，最终对整个系统的增益和功率大小等进行仿真，直到输出功率的大小、增益等指标满足系统要求。仿真各级的增益分配情况如图3所示，仿真的增益为53.4dB满足增益的要求，系统的各级功率大小分配大小如图4所示。最后输出47dBm的功率大小，满足系统的功率大小。

图2 PDT基站发射部分的仿真框图

图3 PDT基站发射部分系统增益的仿真结果

图4 PDT基站发射部分系统功率的仿真结果

5 发射邻道功率比的评估与关键器件的选型设计

ACPR（邻道泄露功率抑制比）是指主信号的均值功率和邻道信号功率的比值，相对带内杂散要求来说ACPR要求更低，通常是用来评估发射机系统的非线性指标的，在系统中PA driver,调制的非线性，本振信号的相位噪声，以及DAC的非线性指标都会影响系统的ACPR。

ACPR是一个系统指标，对应的PA driver，调制的非线性指标的OIP3，对单载波而言，粗约的转化可以表示为：

根据 PDT联盟标准要求，发射邻道功率比 ACPR＜-60 dB，所以可以根据IM3算出OIP3，从而根据OIP3的级联公式算出对每一级器件的OIP3的要求。因为ACPR要小于-60 dB，根据式(1)可知功放单元| IM3 | 大于57，但同时在基带部分可以增加基带滤波器，对射频的ACPR指标也有很大的改善，所以在射频放大管的选择OIP3还可以适当降低。

根据方案设计的射频放大链路部分，采用三级预推动放大器和末级功放，通过 Genesys的仿真设计出各级射频放大器的增益分配、P1 dB和估算出来的OIP3。在世界几大主要的射频器件供应商中选择满足链路功率、增益、OIP3的需求，同时保证整个放大电路工作良好的放大状态，最后整个基站的发射部分射频放大管选项如下：

第一级推动放大管采用PGA-103+，内置输入、输出匹配电路，工作频率0.05～4GHz，增益为+22dB，OIP3＞+39dBm，P1dB为21.5dBm，工作温度为-40℃～+85℃。第二级预推动放大管采用芯片GVA-84+，同样内置输入、输出匹配电路，在工作频率DC～6GHz，OIP3＞+36dBm，P1dB为19dBm，工作温度范围为-40℃～+85℃。通过仿真可知，第三级预推动放大器级输出功率为 35dBm，所以第三级预推动放大管采用三菱公司的RD04HMS2芯片，输出需要LC重新匹配，频段DC-950MHz最大输出功率5W（37dBm），价格便宜，而且热阻比较小，有利于适应高温环境。末级功放管采用三菱公司的RD70HUF2，12.5V的供电时输出功率为70W，效率可以达到65%，输入输出同样采用LC进行匹配，完全满足PDT的功率和效率要求。

根据 Genesys的仿真和放大管器件的型号，对于链路的数字衰减器，采用PE4302，其具有良好的动态范围和低功耗。温度补偿部分采用国产器件 TCA0605N，具有性能好，易于控制，满足系统的要求。功率检测芯片采用业界广为使用的ADI公司的AD8362，具有大的动态范围和很好的线性范围的功率检测芯片。

6 PDT基站发射测试验证

对研制的PDT基站发射部分经过方案设计、仿真验证、器件选型、原理图和PCB设计、以及调试验证之后，进行参数固化，对发射部分进行了下面四项技术指标测试：①工作频段；②发射功率；③邻道抑制比；④载波间隔。

测试结果如下满足研制要求：①发射工作频带：360.8-366.2MHz；②发射功率 50.5W；③邻道抑制比±12.5KHz@-≤65dB；④载波间隔12.5KHz。

7 结束语

本系统是采用的直接调制的方式，将已调制好的射频信号经过四级放大器将-6dBm放大至47dBm的信号从天线口发射出去，并且采用Genesys软件提供指导依据，提高设计水平和速度，最后结合目前的射频器件的工艺水平，设计了一个国内最新PDT的基站，为国内PDT基站提供了一套解决方案，打破国外数字集群其它标准的垄断。

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The simulation design and implementation of PDT police digital trunking base station transmission link

This paper studies the transmitter of base station for PDT, after complete design proposal, using the software of Genesys to do system simulation, then break down the index of gain and power of transmitter, and select reasonable key devices for this design, then the result from debug and test matches the expected goal, and meet the design requirements.

PDT;Genesys; gain; power

TN702

A

1008-1151(2015)05-0005-03

2015-04-13

胡展威，男，供职于广州海格通信集团股份有限公司，研究生，研究方向为射频电路开发设计。