基于地芯科技风行GC080x系列射频收发机的宽带应用案例浅谈

时间： 2024-12-02 来源：地芯科技公众号

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射频收发机在移动通信、卫星通信、物联网等领域都有着重要的应用。在移动通信领域，射频收发机被广泛应用于基站，小基站，直放站等设备中。在卫星通信领域，射频收发机被用于卫星通信的终端设备中。在物联网领域，射频收发机被用于路由器、智能家居和智能穿戴等设备中。随着5G网络在全球范围内迅速推广，人们的目光都聚焦在可能出现的新应用上。在各种驱动力的推动下，低空经济已经处于迅速发展期的前夜，无人机不仅在军事领域具有重要的价值，在城市管理、安防、巡检、应急救援、快递物流等商业领域也将大有可为。尽管通信感知一体化（ISAC）概念是6G的愿景之一，但随着无人机行业的快速增长，ISAC技术有望在5G时代开启。本文将以地芯科技风行GC080x系列射频收发机为例，介绍射频收发机在无人机宽带无线高清图像传输中的应用。

系统架构

比较常见的无人机方案，图传和飞控的射频收发链路是分开的。无人机上的图传模块只负责发射信号，手持设备上的图传模块只负责接收信号，而飞控信号的传输则是另外一套系统。针对当前无人机日趋小型化的需求，本文主要介绍基于FPGA和射频收发机实现收发一体化的无人机设计系统方案。

GC080x是一款高性能、高集成度的超宽带SDR收发机，能够支持的频率范围为30MHz到6125MHz，可配置射频带宽能够支持12KHz到100MHz的范围。采用GC080x和FPGA解决方案的无线图传系统架构如图1所示：

无人机的实时飞行数据和捕捉到的高清影像在FPGA进行编码后经过LVDS/CMOS接口发送给GC080x，GC080x对信号进行数模转换和上变频后经过射频前端发射出去，让操控者可以看到飞行器的当前状态和影像画面。同时，无人机天线接收到遥控信号经GC080x下变频后发送到FPGA进行解码，完成相应的飞行操作。收发链路射频前端包括LNA，PA，滤波器以及射频开关等器件。GC080x还具有芯片虚拟分割的功能，支持模拟IQ输入输出，可与更多的基带芯片进行配合。

无线图像传输的质量是无人机最核心的性能之一。优秀的无线图像传输技术具备远距离传输、抗电磁干扰、图像清晰流畅等特点。

远距离传输

要实现无线图像远距离传输，一般情况下就是提高无人机的接收灵敏度和发射功率。通常将接收机可以接收到并仍能正常工作的最小输入信号Smin定义为接收灵敏度。

其中：K为波尔兹曼常数，单位是J/K；

T为绝对温度，单位是K；

KT就是当前温度下每Hz的热噪声功率；

B为信号带宽，单位是Hz；

KTB就是带宽范围内的热噪声功率；

NF为系统的噪声系数，单位是dB；

SNR为解调所需要的信噪比，单位是dB；

另外提高无人机的发射功率也能实现图像的远距离传输，功率越大传输的距离越远。但无人机是便携设备，要求功耗要小，发射功率不可能非常大。因此远距离传输和小功耗就成了矛盾。

地芯科技GC080x系列收发机噪声系数低至3dB，TX最大可以输出7dBm的单音信号。同时还具有超低功耗：FDD 2T2R LTE20M模式下，功耗小于1.2W；TDD 2T2R NR100M模式下，功耗小于1.2W。GC080x出色的TRX射频性能，可以有效地保证无线图传的远距离传输。

抗电磁干扰

传统的无人机大多数都是基于Wi-Fi技术来实现无线图像传输的。而市场上集成的Wi-Fi芯片都工作于2.4GHz或者5.8GHz频段，该频段也被广泛应用于蓝牙和物联网的短程通信，因此信道非常拥挤。使用Wi-Fi技术实现无线图传的无人机没有频带选择机制，图像传输和控制信号很容易受到电磁干扰，从而导致无人机陷入危险的境地。使用频率切换技术可以有效保证无人机图像传输和控制连接的安全可靠。当无人机检测到当前通信频段拥挤或者受到电磁干扰时，自动切换本振频率并重新选择频带维持稳定的无线连接，免受电磁干扰。

GC080x射频收发机具有30MHz到6125MHz的超宽工作频率范围，支持可编程实现本振频率的任意切换。除此之外，GC080x还支持快速跳频模式，可以在20us内实现频率的快速切换。其工作机理是在芯片的配置文件中最大可以预埋512个频点的频率信息和校准结果，在频率切换过程中省去了VCO的校准时间，从而实现更短时间内的频率切换。图2显示了GC080x的快速跳频性能。

GC080x还支持自动增益控制(AGC)，具有在面对突发大的阻塞信号时快速降低接收链路的增益，避免因电磁干扰导致无线通信中断。

因此采用FPGA和GC080x的无线图传方案，可以有效地提高无人机的抗电磁干扰能力。

高清图像的传输

高清图像主要是指图像的分辨率。图像分辨率越高，需要传输的数据量就越大，因此需要更大的传输带宽才能保证图像的清晰和流畅。另外编码调制方式也会影响高清图像的传输。在相同的信噪比下，低阶调制可以得到更低的误码率。因此，为了保证高清视频的远距离传输，无人机往往使用低阶调制，其代价就是增加信号的带宽。

GC080x射频收发机支持12KHz到100MHz的通道带宽，不仅可以满足目前市场上所有高清图像格式的传输，而且具有非常出色的射频性能。图3显示了GC080x 100M宽带信号的TX EVM在1%左右。

总结

在未来的应用中，安全稳定和可靠的无线图传方案已经成为一种趋势。GC080x凭借频率切换和快速跳频技术以及良好的射频性能，在日益复杂的空间环境中可建立一个更稳定、安全的无线连接，促进无人机应用及低空经济的发展。

参考文献：

[1].GC080x 数据手册。杭州地芯科技有限公司。

[2].GC080x 应用手册。杭州地芯科技有限公司。

[3].通感一体低空网络白皮书。2024-02, https://www.cictmobile.com/data/download/4212.html

[4].无人飞行器应用中基于SDR的高分辨率、低延时视频传输。https://www.analog.com/cn/resources/analog-dialogue/articles/high-definition-low-delay-sdr-based-video-transmission-in-uav-applications.html

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2023/4/11 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

地芯科技对照表

地芯科技射频收发机系列包括多种型号，覆盖不同频率和带宽，支持2T2R和1TIR配置，接口类型为LVDS/CMOS。产品兼容AD9361、ECR8661等。射频前端产品包括不同频率的TREM、RXFEM、TXFEM模块，兼容RFX2401C、SKY66403等。模拟信号链产品涵盖多种架构和通道，支持不同采样率和分辨率，兼容LTC2174、AD7683等。

地芯科技 - 射频前端,射频收发机,模拟信号链,AD7689,LTC2245,GC0609,LTC2246,GC0804,LTC2247,GC0805,LTC2248,GC0802,GC0803,SKY66110,GC0801,GC0643,GC1103,GC1102,GAD2255,GC1101,GAD2254,HS8292,GAD7980,GAD2175,GAD2174,SKY85717,AD7699,ADS8323,GAD2228,RFX2401C,ECR8661,GC0631,ECR8663,GAD2267,ECR8664,ECR8665,SKY66423,GAD2264,ECR8668,GC1131,GAD2268,AD9364,AD9363,LTC2228,GAD8323,AD9361,GAD2263,AD7980,AD9365,HS8269,LTC2263,LTC2264,LTC2267,LTC2268,GC0802L,GC0669,GC1117,GC0802H,GC1125,GC1123,GC0672,GAD7689,GAD7683,GAD7283,GAD7483,LTC2175,RF3518,LTC2254,LTC2255,RF3515,OC9743,SKY66121,URPM6331,GC1109,GC1108,GC0658,GC1107,GC1106,GC1105,LTC2174,GAD2245,SKY66403,GAD2249,GAD7699,GAD2248,GAD2247,GAD2246,GAD8223,LTC2249,GAD8423,AD7683

2023/8/23 - 对照表代理服务技术支持采购服务

地芯科技（GEO-CHIP）射频收发机/射频前端/模拟信号链芯片选型指南

公司介绍三大产品线概述射频收发机芯片产品线射频前端芯片产品线模拟信号链产品线

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2023/9/20 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

地芯风行GC080X系列芯片——微型数字直放站Transceiver方案的“完美选择”

地芯科技SDR射频收发机芯片——GC080X系列有着超宽频、超宽带的突出优势，能够覆盖30MHz至6GHz的，满足主流的4G和5G通信频段，信号带宽范围则覆盖了12KHz到100MHz，支持1T1R和2T2R，可以满足4G/5G微型数字直放站的需求。

2024-06-26 - 产品代理服务技术支持采购服务

射频收发机发展史

射频收发机作为现代通信技术的核心，其发展经历了从最初的简单无线电报到现代复杂的数字通信系统的转变。随着移动通信和互联网的快速发展，射频收发机在设计和功能上都发生了巨大变化。相信随着需要和技术的演进，射频收发机会继续朝着更低功耗，更优性能，更低成本，更小尺寸的方向持续迭代。

2024-10-12 - 行业资讯代理服务技术支持采购服务

【IC】地芯科技频率范围30MHz ~6GHz的国产5G射频收发芯片风行系列GC080X成功量产

地芯科技成功量产风行系列（GC080X）产品，广泛用于几乎所有现代化数字无线通信系统。风行系列产品能够支持的频率范围为30MHz ~6GHz，支持超宽和超窄带宽需求。拥有数十项中国及国际前沿专利技术，完整知识产权布局。

2022-11-12 - 新产品代理服务技术支持采购服务

【应用】200MHz-5GHz的国产射频收发芯片用于无人机图像传输系统收发模块，具有高调制精度、低噪声的特点

在无人机的图像传输系统收发模块中，收发芯片是不可或缺的一部分，它在整个模块中起着对信号进行收发的作用，GC0802是地芯科技新推出的一款射频收发芯片，GC0802是一款高性能、高集成度的超宽带SDR收发机，可广泛应用于几乎所有现代化数字无线通信系统。

2022-11-24 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

芯圣电子

上海芯圣电子股份有限公司（Holychip）作为一家专注于芯片设计研发的企业，致力于为客户提供高性能、高性价比的芯片产品及系统解决方案。公司产品包括多种类型的微控制器（MCU）、触控单片机、ARM单片机和LDO等，广泛应用于消费电子、通讯、工控医疗等领域。此外，公司还提供一系列的开发工具和配套资料，以支持客户的开发需求。

HOLYCHIP - 触摸8051核FLASH单片机,数据线协议专用芯片,2.4G芯片,烧录工具,FLASH单片机,超低功耗的OTP单片机,马达驱动,2.4G射频收发芯片,电机预驱,MTP单片机,雾化专用单片机,锂电充放电管理芯片,2.4G SOC芯片,LDO,高性能、高性价比的芯片,通用PIC核MTP单片机,手电专用单片机,调试工具,仿真器,通用LDO,通用8051核FLASH单片机,充电器专用单片机,车规LDO,芯片,烧录器,车规单片机,单片机,MOS,通用PIC核OTP单片机,锂电池线性充电管理IC,触摸PIC核MTP单片机,通用ARM单片机,MCU,SQ333,HC18P133L,HC32AT系列,HC89F3541B,HC32F407VG,HC20LO0012,HC89F0541,HC89S5840,HC-PM18 PRO,AIRLML6402,YK2302A,HC89F7531B,HC89F0411A,FT61F143A,HC89F301C,HC18M121B1,YK3407,FT61F021B,YK3401,HC89F0312,HC15P121E2,STM8S105K3,HC89S003AF4U7M,HC20LO0018,HC89F302C,STM8S005C6,STM8S105K6,STM8S105K4,PIC12F675,HC18M003,APM2306,HC18M002,HC60W2401,HC-ICD PRO V1.0,HC89F0421A,HC20LG0201,HC32F407系列,HC89F7521B,HC89S003BF6U7M,HC89S001AJ4M7,HC89S103K6T6,HC20MD1158,HC8M2401,XP152,HC89F0531,BSS138K,S2307,YK2301A,HC89F7641B,HC20MD2001,N76E003AQ20,HC20MD2112,HC18P110B0,HCP2019-AD,HC-PM51 V6,HC-PM51 V5,HC15P121B1,HC32F407RG,HC16P122A1,HC89F1602A,HC89F3641C,HC18P235L,HC60W2401L,HC89F1601,HC89F1602,HC89F1603,SQ2302A,HC16P122B1,HC20LG0019,HC32F030BC8,HC20LG0018,HC20MD2211,HC8AT3541,HC20LO2050,HC20MD1124,HC20MD2213,STM8S105C6,HC89F3531B,IRLML6402,IRLML6401,HC32F030BR8,HC89F7541B,HC18M301D,HC18M301F,HC18P110A0,HC18P233L,HC20MD1115,HT66F004,HT66F002,HC89F3421B,HC32AT,STM8S001J3,WNM2306,HC32F103,SI2301,HC20LO2030,HC89S105AC8T7M,HC89F3531,HC20LO2033,A03407,HC89S003BF6P7M,A03402,A03401,A03400,HC18M303F,HC18M303D,2N7002K,HC32F103BRB,HT66F0195,HC-ICD V4,HC15P013A1,HC15P013A0,HC20MD1215,HC89F3621C,HC8M602,HC8M603,HC89F3541,HC8M601,S12307,HC89F3421,HC32AT3781,HCP2019-5,HC89S105AK8T7CM,STM8S105S6,STM8S105S4,HC18M302D,HC18M302F,HC88T3681,STM8S003K3,HC32AT4881,SQ3400,A03423,SQ2301A,HC32F030,HC20LO1050,FDV301N,SQL4256,HC89F3631C,HC20LO2025,HT66F0185,A03415,HC16P100B1,HC18P018A0,HC89S003AF4P7M,HC89S105AS8T7CM,HC20LO0050,HC88T3661,AP2306SI2306,MS51FB9AE,HC20LO1025,HC89F0431A,HC32F103BVB,HC8P2401L,SQL5810,HC20LO1150,S3F9454,HC88T3671,HC32F030BK6,SQ3407,HC20LO1033,SQ3401,HC20LO1030,HC32F407,HC89F7631B,HC18P015A0,STM8S103K3,HC32F103系列,STM8S005K6,HC-PM18,HC18M5831,SQ7002,HC20LO1125,HC8M612,HC20LO0033,HC-LINK V4,HC89F0322,HC18M5830,HC20LO0030,HC89F303C,AP2301,PIC12F629,STM8S003F3,FT61F143,FT61F141,HC18M5820,HC16P015B0,HC18M5821,SQL5820,HC18M5823,HC20LO1133,HC89F0332,HC20LO1130,HC32F103BCB,HC89F7621B,HC32F407ZG,HC32F030系列,消费类产品断路器,电机控制,汽车,照明,个人护理,智能照明,安防摄像头,智能门锁,报警系统,物联网,数码,智慧家电,用户界面,PC 外设,电源类,打印机,手持设备,工控医疗,逆变器,家电,消费类电子,安防类,游戏机外设,消费,IOT物联,通讯,消费电子,PLC,马达驱动,雾化,A/V 接收器,个人计算机,可编程逻辑控制器,欧洲货币单位,智能家居,扫描仪,工业,智能电表,玩具,游戏平台,控制,工业控制,医疗设备,消费者电器用具,消费类产品,小家电,大小家电,电子锁水气表阀门,安防消防,医疗手持设备,PC,工业自动化,ECU,消费性电子,电子锁玩具,汽车电子,GPS平台

2024/1/16 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

【产品】地芯风行GC0802 SDR射频收发机芯片，具备高集成度、小封装、低功耗、超宽频、超宽等特性

地芯风行GC0802 SDR射频收发机芯片，可广泛应用于几乎所有现代化数字无线通信系统。能够支持的频率范围为200MHz到5GHz，可配置射频带宽能够支持小于12KHz到100MHz的范围。

2023-01-04 - 产品代理服务技术支持采购服务

十年争议：谁是集成电路的发明人？

正如基尔比所说，集成电路是通过寻找新的应用领域而发展起来的，互联网应用的迅猛发展也对集成电路提出了更高要求。地芯科技正是处在集成电路这样密切关系国民经济和社会发展的战略性、基础性、先导性的产业。无论在哪个研究领域，无论距离远近，都有一批人在思考相同的研究问题。唯有尽早布局，方能抢占先机。

2024-05-21 - 技术探讨代理服务技术支持采购服务

地芯科技获评国家级专精特新“小巨人”企业，为高端模拟射频芯片国产化进程贡献“芯”力量

近日，工业和信息化部及浙江省经济和信息化厅公布了第六批专精特新“小巨人”名单，凭借在5G无线通信、物联网以及工业电子领域的不断创新以及对高端模拟射频芯片产业的杰出贡献，地芯科技获评国家第六批专精特新“小巨人”企业。这不仅是对地芯科技长期以来努力的认可，更是对其在模拟射频芯片国产化道路上坚定前行的肯定。

2024-09-11 - 原厂动态代理服务技术支持采购服务