第二章無(wú)線通信收發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(書(shū)中第四章)電子科技大學(xué)蔡竟業(yè)第二章無(wú)線通信收發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(書(shū)中第四章)電子科技大學(xué)1無(wú)線通信系統(tǒng)基本模型信源發(fā)信機(jī)收信機(jī)信宿信道媒介干擾噪聲信道機(jī)發(fā)射端接收端無(wú)線發(fā)信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)無(wú)線收信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)調(diào)制中放/變頻功放模擬電路（RF）待發(fā)基帶信號(hào)(BB)發(fā)射天線解調(diào)中放/變頻放大/選頻模擬電路（RF）輸出基帶信號(hào)(BB)接收天線無(wú)線通信系統(tǒng)基本模型無(wú)線通信系統(tǒng)基本模型信源發(fā)信機(jī)收信機(jī)信宿信道媒介干擾噪聲信2發(fā)送系統(tǒng)任務(wù)是完成基帶信號(hào)對(duì)載波的調(diào)制，并將其變頻至特定的通信頻段，再以足夠的功率有效地發(fā)射出去。RF系統(tǒng)主要性能指標(biāo)RF發(fā)送系統(tǒng)主要性能指標(biāo)頻譜純度：減少它對(duì)相鄰信道的干擾發(fā)射功率：保證特定通信距離系統(tǒng)效率：減少系統(tǒng)功耗接收系統(tǒng)任務(wù)是是從眾多電磁波中選出有用信號(hào)，經(jīng)變頻、放大后解調(diào)出基帶信號(hào)。發(fā)送系統(tǒng)任務(wù)是完成基帶信號(hào)對(duì)載波的調(diào)制，并將3對(duì)于單機(jī)收發(fā)系統(tǒng)，當(dāng)共用天線時(shí)，收發(fā)信道必須有良好的隔離度。選擇性；減少其相鄰信道的干擾靈敏度；保證特定通信距離和正確解調(diào)。無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題（1）選用合適的調(diào)制方式與解調(diào)措施;（2）足夠的選擇性與靈敏度;（3）高效率功率放大器;（4）發(fā)射信號(hào)的優(yōu)良頻譜純度(特性);（5）良好的天線效率;（6）天線及收發(fā)信道間隔離度。RF接收系統(tǒng)主要性能指標(biāo)對(duì)于單機(jī)收發(fā)系統(tǒng)，當(dāng)共用天線時(shí)，收發(fā)信道必須有良好的4&2.1無(wú)線接收系統(tǒng)無(wú)線接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮選擇性考慮1.選出有用信號(hào)(較容易);2.抑制干擾和無(wú)用信號(hào)(困難)。900MHzGSM通信，信道間隔200KHz，要求選頻濾波器要有較高Q值。若中頻選取不當(dāng)，很難抑制鏡像干擾！DesiredSignalChannel靈敏度考慮1.接收微弱信號(hào)的能力;2.線性動(dòng)態(tài)范圍?？臻g信號(hào)不但微弱，而且路徑多樣性，其信號(hào)大小起伏變化。&2.1無(wú)線接收系統(tǒng)無(wú)線接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮選擇性考慮1.5超外差式接收機(jī)單次變頻超外差式接收機(jī)兩次變頻超外差式接收機(jī)零中頻接收機(jī)低中頻接收機(jī)鏡頻抑制接收機(jī)全數(shù)字接收機(jī)無(wú)線接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)LNA本振(LO)

BPF(2)IFAmpBPF(3)解調(diào)BPF(1)超外差式接收機(jī)無(wú)線接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)LNA本振(LO)BPFI6BPF1作頻帶選擇,BPF2作信道選擇,實(shí)現(xiàn)二者分離;合理分配系統(tǒng)增益,放大器穩(wěn)定性好.3.適用于信號(hào)載頻遠(yuǎn)高于中頻頻率的情況;4.在較低固定中頻上放大，ADC和解調(diào)較容易。單次變頻超外差式接收機(jī)特點(diǎn)單次變頻超外差式接收機(jī)缺點(diǎn)1.鏡像干擾;選擇IF>B/2和鏡像抑制濾波器;2.組合干擾;減小混頻器非線性為主-寄生通道干擾;3.存在選擇性和靈敏度之間矛盾.單次變頻超外差式接收機(jī)LNA本振(LO)

BPF(2)IFAmpBPF(3)解調(diào)BPF(1)BPF1作頻帶選擇,BPF2作信道選擇,實(shí)現(xiàn)二者分離;單次7例：GSM下行頻段935-960MHz，若選fIF=10MHz，試確定本振頻率及干擾鏡頻范圍。低本振情況解：高本振情況fRF位于頻段低端，fim位于頻段內(nèi)高端。fRF位于頻段高端，fim位于頻段內(nèi)低端。例：GSM下行頻段935-960MHz，若選fIF=10M8

從上可見(jiàn),若選擇fIF=10MHz,無(wú)論選擇高本振或低本振時(shí),fim都位于有用信道之內(nèi),無(wú)法用BPF1濾掉,成為干擾信號(hào)。

若增大fIF至70MHz，則采用高本振或低本振，鏡頻都不會(huì)進(jìn)入通信頻段，故可用BPF1濾除掉,從而消除鏡頻干擾。二次變頻超外差式接收機(jī)LNA本振1(LO1)

BPF(2)IF1Amp(1)BPF(3)解調(diào)BPF(1)本振2(LO2)IF2Amp(2)課堂練習(xí)：推導(dǎo)鏡頻范圍從上可見(jiàn),若選擇fIF=10MHz,無(wú)論選擇高本振或9高第一中頻有利于鏡頻抑制，有好的信道選擇性;低第二中頻有利于IFA的穩(wěn)定性和降低對(duì)解調(diào)器的要求。二次變頻超外差式接收機(jī)特點(diǎn)第一中頻ωIF1盡量高以便于抑制鏡像干擾。第二中頻ωIF2盡量低以便于抑制鄰道干擾和降低解調(diào)器難度。信道增益的大部分由IFA2完成。二次變頻超外差式接收機(jī)設(shè)計(jì)原則高第一中頻有利于鏡頻抑制，有好的信道選擇性;低第二10ωLO=ωRF，從而將調(diào)制的RF信號(hào)直接變頻到基帶信號(hào)，不存在鏡像干擾。

零中頻(直接下變頻)接收機(jī)BPFLNA本振π/2

LPFLPF限幅檢測(cè)限幅檢測(cè)零中頻(直接下變頻)接收機(jī)特點(diǎn)（1）集成化（2）無(wú)鏡頻干擾ωLO=ωRF，從而將調(diào)制的RF信號(hào)直接變頻到基帶信號(hào)，11（1）信道間隔離度差(頻率竄透)ωRF=ωLO，大功率本振信號(hào)向天線端竄透，對(duì)附近鄰信道通信造成干擾;混頻器各端口信號(hào)間相互竄透-自混頻,造成輸出信號(hào)直流漂移。零中頻(直接下變頻)接收機(jī)缺點(diǎn)（2）要求ωLO與ωRF同頻，且彼此之間的相位關(guān)系固定，從而需要載波提取與鎖相同步。（3）混頻器應(yīng)有較高的線性度。（4）端口間隔離度要求高。（1）信道間隔離度差(頻率竄透)零中頻(直接下變頻)接收機(jī)缺12一種改進(jìn)方案(寬帶零中頻接收機(jī))借鑒二次外差式接收機(jī)抑制干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)零中頻接收方案的改進(jìn),應(yīng)用AFG（本振自鎖相）克服了直流漂移問(wèn)題。BPFLNA本振2(LO2)π/2

LPF

LPFADCADC本振1(LO1)LPF另一種改進(jìn)方案-低中頻接收機(jī)LNA本振(LO)

BPF(2)LFAmpBPF(3)解調(diào)BPF(1)一種改進(jìn)方案(寬帶零中頻接收機(jī))借鑒二次外差式接收機(jī)抑制13鏡頻抑制接收機(jī)Hartley鏡頻抑制接收機(jī)BPFLNA本振π/2

BPF2BPF2π/2鏡頻抑制接收機(jī)Hartley鏡頻抑制接收機(jī)BPFLNA本振14實(shí)現(xiàn)鏡頻抑制的設(shè)計(jì)要求利用帶通信號(hào)移相π/2(Hilbert變換的正交濾波)特性,實(shí)現(xiàn)鏡頻抑制。（1）兩條變頻支路特性完全一致(信號(hào)幅度、增益、時(shí)延特性等);（2）兩條變頻支路輸出信號(hào)精確正交(參見(jiàn)pp151中圖4.2.14變換頻譜圖)。實(shí)現(xiàn)鏡頻抑制的設(shè)計(jì)要求利用帶通信號(hào)移相π/2(Hilb15+-本振-п/2BPF2BPF2π/2VRFVIFWeaver鏡頻抑制接收機(jī)實(shí)現(xiàn)兩條變頻支路輸出信號(hào)的精確正交,要求兩條支路的電性能完全一致性,硬件實(shí)現(xiàn)較困難！數(shù)字中頻接收機(jī)將第二次變頻數(shù)字化，避免了實(shí)現(xiàn)兩路模擬信道一致性的困難。+-本振-п/2BPF2BPF2π/2VRFVIFWeav16BPF1LNA本振-п/2BPF3BPF3ADCADC本振LO1BPF2ADCDSPChip數(shù)字中頻中頻接收機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)A.注意ADC性能（1）為抑制鏡頻干擾，則中頻較高，要求ADC采樣頻率(速度)也很高;（2）ADC應(yīng)有較高的分辨率（bit數(shù)大）和低的轉(zhuǎn)換噪聲;（3）ADC線性度要求高;BPF1LNA本振-п/2BPF3BPF3ADCADC本17（4）ADC應(yīng)有較大的動(dòng)態(tài)范圍;（5）ADC模擬帶寬應(yīng)滿足第一中頻的要求。B.注意DSP芯片性能（1）運(yùn)算速度;（2）運(yùn)算字長(zhǎng);（3）穩(wěn)定性等。全數(shù)字接收機(jī)(軟件無(wú)線電接收機(jī))BPFLNA本振-п/2BPFBPFADCADCADCDSPChip（4）ADC應(yīng)有較大的動(dòng)態(tài)范圍;B.注意DSP芯片性能全數(shù)18AGC電路接收機(jī)接收的信號(hào)電平起伏很大，為得到穩(wěn)定的中頻輸出，接收機(jī)前端中都有AGC(AutomaticGainControl)電路。LNA變頻中放幅度檢測(cè)解調(diào)控制電路中放輸出信號(hào)經(jīng)幅度檢測(cè)后與設(shè)定門(mén)限相比較，高過(guò)門(mén)限值控制放大器降低增益；反之，則控制放大器提高增益,從而保障輸出中頻信號(hào)幅度基本恒定。AGC電路接收機(jī)接收的信號(hào)電平起伏很大，為得到穩(wěn)定的中19

AFC電路

中放輸出經(jīng)鑒頻器將偏離中頻的頻差轉(zhuǎn)換為電壓，然后去控制本振頻率減小差值，使中頻頻率恒定。有利于減小中頻帶寬，提高靈敏度與選擇性;對(duì)零中頻接收機(jī)則可減小DC漂移的影響。AFC現(xiàn)在多為PLL所取代。中放解調(diào)VCOLPF/放大鑒頻器接收機(jī)接收的信號(hào)頻率隨時(shí)間變化，為得到穩(wěn)定的恒定中頻信號(hào)，接收機(jī)前端中有AFC(AutomaticFrequencyControl)電路。AFC電路中放輸出經(jīng)鑒頻器將偏離中頻的頻差轉(zhuǎn)20&2.2無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮一、頻譜純度(IMn,ACPR)

必須滿足ITU頻譜管理規(guī)定及通信標(biāo)準(zhǔn)，避免對(duì)其他信道的干擾。二、功率

一定的傳送距離就要求發(fā)射信號(hào)必須達(dá)到一定的功率。三、效率

系統(tǒng)效率非常重要,特別是移動(dòng)終端設(shè)備。&2.2無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮一、頻譜純度(I21無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)效率包括：（1）功率放大器的效率;（2）天線的發(fā)射效率;（3）信道中信號(hào)傳輸效率(匹配,線路損耗等)。無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、直接調(diào)制發(fā)射機(jī)

調(diào)制和上變頻合二為一的發(fā)射機(jī)BPFPA本振1(LO1)BB無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)效率包括：無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、直接調(diào)制發(fā)射機(jī)B22結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;收/發(fā)同機(jī)時(shí)發(fā)射開(kāi)斷切換,PA工作會(huì)對(duì)LO產(chǎn)生負(fù)載牽引-改進(jìn)方法(兩VCO);調(diào)制信號(hào)帶寬及發(fā)射頻譜特性不易控制,發(fā)射信號(hào)容易干擾其他信道。直接調(diào)制發(fā)射機(jī)特點(diǎn)

直接調(diào)制發(fā)射機(jī)為早期經(jīng)典發(fā)射系統(tǒng)方案,主要用于AM、ASK等簡(jiǎn)單調(diào)制方式通信,要求線性功放,導(dǎo)致發(fā)射效率低，可能發(fā)生頻率牽引，鄰道抑制不好。近年來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步，復(fù)雜調(diào)制方式已能直接由LO產(chǎn)生，使這種方案煥發(fā)新春。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;直接調(diào)制發(fā)射機(jī)特點(diǎn)直接調(diào)制發(fā)射機(jī)為早期經(jīng)典發(fā)射23IQ信源處理DSPLOп/2PA匹配網(wǎng)絡(luò)直接調(diào)制數(shù)字發(fā)射機(jī)直接調(diào)制數(shù)字發(fā)射機(jī)特點(diǎn)1.無(wú)鏡像干擾,無(wú)中頻干擾;2.難以消除載漏、本振牽引現(xiàn)象;3.兩路電特性不一致時(shí)達(dá)不到預(yù)期效果。IQ信源處理DSPLOп/2PA匹配網(wǎng)絡(luò)直接調(diào)制數(shù)字發(fā)射機(jī)直24二、間接調(diào)制發(fā)射機(jī)

調(diào)制和上變頻分開(kāi)的發(fā)射機(jī)-在較低中頻上完成信號(hào)調(diào)制,再將已調(diào)信號(hào)上變頻至RF頻段。間接調(diào)制發(fā)射機(jī)特點(diǎn)克服直接調(diào)制發(fā)射機(jī)的缺點(diǎn)(負(fù)載牽引,效率不高,etal);兩次上變頻降低了濾波器要求，有助于復(fù)雜調(diào)制;IQ信源處理DSPIFLOп/2IFA上變頻RFPRFLOPA二、間接調(diào)制發(fā)射機(jī)間接調(diào)制發(fā)射機(jī)特253.存在變頻組合干擾;4.結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

間接調(diào)制數(shù)字發(fā)射中增加了一個(gè)中頻，兩路正交調(diào)制(I/Q)支路電特性易于做到一致。3.存在變頻組合干擾;間接調(diào)制數(shù)字發(fā)射中26

RF電路集成化是當(dāng)今技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和應(yīng)用要求。任何基本電路（如放大器、混頻器等）當(dāng)確定其性能優(yōu)良和可靠，便很快有集成化產(chǎn)品誕生。全球每天都有成百上千的新型RFIC問(wèn)世，并迅速應(yīng)用于移動(dòng)通信等廣闊市場(chǎng)。&2.3集成化無(wú)線通信收/發(fā)系統(tǒng)RF電路集成化是當(dāng)今技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和應(yīng)用要求。&2.27

MC3363集成FM接收機(jī)芯片典型的集成無(wú)線通信收/發(fā)機(jī)芯片MC3363集成FM接收機(jī)芯片典型的集成無(wú)線通信收/發(fā)28MC3363集成FM接收機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1個(gè)LNA、2個(gè)混頻器、多級(jí)放大器、比較器、2個(gè)本振、解調(diào)器、靜噪電路等。LNA工作到450MHz(VHF頻段);12dB輸出信噪比時(shí)，輸入靈敏度為0.3uV;60dBAGC。MC3363集成FM接收機(jī)芯片功能MC3363集成FM接收機(jī)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)129

WideInputBandwidth–200MHzUsingInternalLocalOscillatorWideInputBandwidth–450MHzUsingExternalLocalOscillatorRFAmplifierTransistorMutingOperationalAmplifierCompleteDualConversionLowVoltage:VCC=2.0Vto6.0VdcLowDrainCurrent:ICC=3.6mA(Typical)atVCC=3.0V,ExcludingRFAmplifierTransistorExcellentSensitivity:Input0.3mV(Typical)for12dBSINADUsingInternalRFAmplifierTransistorDataShapingComparatorReceivedSignalStrengthIndicator(RSSI)with60dBDynamicRangeLowNumberofExternalPartsRequiredWideInputBandwidth–200MH30

MC3363集成FM接收機(jī)芯片應(yīng)用1MC3363集成FM接收機(jī)芯片應(yīng)用131

MC3363集成FM接收機(jī)芯片應(yīng)用2MC3363集成FM接收機(jī)芯片應(yīng)用232

MC3363集成FM接收機(jī)芯片應(yīng)用3MC3363集成FM接收機(jī)芯片應(yīng)用333工作頻率達(dá)到1GHz，其最大輸出功率10dBm。MC13175集成FM/AM發(fā)射機(jī)芯片工作頻率達(dá)到1GHz，其最大輸出功率10dBm。MC34

UHFCurrentControlledOscill