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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