射频技术-射频链路

1、射频技术射频技术 射频链路射频链路 射频技术射频技术SKLMMW n分贝分贝(dB) n功率（功率（dBm） 分贝的概念分贝的概念 ()10log(/) r dBP P()20log(/) r dBV V 射频技术射频技术SKLMMW IL=0.5 or 3dB Gain=200 or 23dB 增益与衰减(dB) 射频技术射频技术SKLMMW 321321 LLLGGGGT TINOUT GPP 3981Wor ,66 32323230 321 dBm dBdBdBdBdBm LGGGPP INOUT W mW L GGGP P IN OUT 4000 2 2002002001 321 射频

2、技术射频技术SKLMMW 典型收典型收/ /发机原理框图发机原理框图 射频技术射频技术SKLMMW n直接调制发射机原理框图 n超外差发射接收机原理框图 n数字中频发射机原理框图 n零中频射频接收机原理框图 n超外差射频接收机原理框图 n数字中频接收机原理框图 典型收典型收/ /发机原理框图发机原理框图 射频技术射频技术SKLMMW (I)(I)直接调制发射机原理框图直接调制发射机原理框图 I Q PA sin c c cos BPF 优点：结构简单，器件少，成本低；优点：结构简单，器件少，成本低； 缺点：缺点：I/Q相位的幅度和相位平衡不易调节，易造成相位的幅度和相位平衡不易调节，易造成 较

3、大的载波泄漏和边带泄漏较大的载波泄漏和边带泄漏 射频技术射频技术SKLMMW (II)(II)超外差发射机原理框图超外差发射机原理框图 优点：低频调制器具有更好的幅频特性；功放和本振有优点：低频调制器具有更好的幅频特性；功放和本振有 很好的隔离；易获得高性能。很好的隔离；易获得高性能。 缺点：所需元件多，发射机的结构复杂、噪声及失真源缺点：所需元件多，发射机的结构复杂、噪声及失真源 多、体积、功耗和成本增加。多、体积、功耗和成本增加。 射频技术射频技术SKLMMW (III)(III)数字中频发射机原理图数字中频发射机原理图 优点：调制精度高，射频电路设计简单；优点：调制精度高，射频电路设计简

4、单； 缺点：对基带要求较高，目前成本较高，功耗大。缺点：对基带要求较高，目前成本较高，功耗大。 射频技术射频技术SKLMMW (IV)(IV)超外差射频接收机原理框图超外差射频接收机原理框图 射频技术射频技术SKLMMW (V)(V)零中频射频接收机原理框图零中频射频接收机原理框图 射频技术射频技术SKLMMW (VI)(VI)数字中频接收机原理框图数字中频接收机原理框图 ADC LNARF BPF 数字低通数字低通 滤波器滤波器 DSP (解调器解调器) 数字本地数字本地 振荡器振荡器 LO BPFBPFAMP 混频器混频器 射频技术射频技术SKLMMW 射频电路的典型单元射频电路的典型单元

5、 射频技术射频技术SKLMMW nWCDMA移动终端收发信机框图超外差发射 机原理框图 n低噪声放大器 n混频器 n频率合成器 nWCDMA功率放大器 射频电路的典型单元射频电路的典型单元 射频技术射频技术SKLMMW I.WCDMAI.WCDMA移动终端收发信机框图移动终端收发信机框图 射频技术射频技术SKLMMW II.II.低噪声放大器低噪声放大器 噪声系数噪声系数 描述一个系统（如接收机）内部噪声大小，可以用噪声描述一个系统（如接收机）内部噪声大小，可以用噪声 系数（系数（Noise Factor）F来表示，或来表示，或(NF) . 由于接收机内部噪声的加入，会使得输出端的由于接收机内

6、部噪声的加入，会使得输出端的 信号噪声比降低，所以噪声系数值一定大于，信号噪声比降低，所以噪声系数值一定大于， 而噪声指数而噪声指数NF值则大于值则大于0dB 射频技术射频技术SKLMMW 输出端信噪比 输入端信噪比 noso nisi F PP PP N noso nisi F PP PP dBNlg10)( 射频技术射频技术SKLMMW 噪声系数级连公式噪声系数级连公式 cascadecascade i i cascade FNF GGG F GG F G F FF log10 111 12121 3 1 2 1 ceiverRFceiverRF iBPFLNABPF i BPFLNABP

7、F MIXER LNABPF BPF BPF LNA BPFceiverRF FNF GGGG F GGG F GG F G F FF ReRe 122 2 Re log10 1111 射频技术射频技术SKLMMW III.III.混频器混频器 射频技术射频技术SKLMMW 混频器频谱分析混频器频谱分析 射频技术射频技术SKLMMW 射频电路镜频抑制射频电路镜频抑制 射频技术射频技术SKLMMW 典型混频器的指标典型混频器的指标 射频技术射频技术SKLMMW 混频器的非线性失真混频器的非线性失真 射频技术射频技术SKLMMW IV.IV.频率合成器频率合成器 频率合成器在通信系统中的应用频率合

8、成器在通信系统中的应用 射频技术射频技术SKLMMW 锁相式频率合成器原理框图锁相式频率合成器原理框图 refOUT OUT ref F R N F N F R F 射频技术射频技术SKLMMW 频率合成器的相位噪声频率合成器的相位噪声 射频技术射频技术SKLMMW 射频技术射频技术SKLMMW V.WCDMAV.WCDMA功率放大器功率放大器 n功率放大器是现代通信系统中非常重要的组成部分。功率放大器是现代通信系统中非常重要的组成部分。 收发端的线性放大和频率变换是保证能够正确解调数字 调制信号的必要条件。现在通信系统均采用了如PSK,64QAM等 高阶线性调制技术，这些调制方法对功放的非线

9、性特性非常 敏感，因而对放大器有更高的线性要求，以避免对邻近信道 的干扰，保证调制的窄带特性。设计具有高度线性的宽带功 率放大器显得十分必要。 n各类放大器的不同线性特征各类放大器的不同线性特征 A类放大器具有最好的线性，但效率过低。A类放大器的 偏置使其工作在线性区域的中间部分，RF信号不可能超出到 非线性区域。但由于其效率低下，A类放大器一般避免使用。 此外还有AB类，B类，C类偏置放大器，这些放大器通过使放 大器工作在更接近截止电流的工作点上达到较高的效率。 射频技术射频技术SKLMMW 功放的非线性功放的非线性- -理想线性特性理想线性特性 时域传输特性时域传输特性 PA Pin Po

10、ut 0 f 0 f f A AK1 )(tei)(teo f 频域传输特性频域传输特性 射频技术射频技术SKLMMW 非线性放大器非线性放大器典型现象典型现象 ( )iv t( )ov t 非线性功率放大器非线性功率放大器 PA iA 增益压缩增益压缩 Pin Pout )(tei 0 f f A 0 f 0 2 f 0 3 f 0 4 f 0f )(teo 单频响应特性单频响应特性 射频技术射频技术SKLMMW 1 2 输入输入 1 2 21 2 12 2 1 3 2 3 21 2 12 2 输出输出 双频响应特性双频响应特性 射频技术射频技术SKLMMW 功放非线性功放非线性- -导致频

11、谱扩展导致频谱扩展 射频技术射频技术SKLMMW 线性化线性化- -功率回退法功率回退法 -8-6-4-202468 10 12 14 16 18 20 22 1dB compression point 2.4 20.25 19.25 output power (dBm) input power (dBm) 射频技术射频技术SKLMMW 线性化线性化- -负反馈法负反馈法 射频技术射频技术SKLMMW 线性化线性化- -预失真法预失真法 射频预失真射频预失真 基带预失真基带预失真 射频技术射频技术SKLMMW 线性化线性化- -前馈法前馈法 射频技术射频技术SKLMMW 功放实物功放实物 射频

12、技术射频技术SKLMMW 射频电路的典型性能射频电路的典型性能 射频技术射频技术SKLMMW n调制、解调精度 n接收机灵敏度 n邻道选择性 n阻塞特性分析 nWCDMA终端射频接收机指标 nWCDMA终端射频发射机指标 射频电路的典型性能射频电路的典型性能 射频技术射频技术SKLMMW I.I.调制、解调精度调制、解调精度 在无线通信系统中，通常用矢量调制误差（在无线通信系统中，通常用矢量调制误差（EVM） 来表征调制器和解调器的精度。来表征调制器和解调器的精度。 2 0 2 2 0 ( ) T T V tS tdt EVM Vt dt 矢量调制误差（矢量调制误差（EVM）是衡量接收机解调特

13、性的一）是衡量接收机解调特性的一 个重要指标。个重要指标。WCDMA终端技术协议给出了终端技术协议给出了EVM指标的指标的 定义：定义： 设接收机在一个时隙设接收机在一个时隙T内的输出波形为内的输出波形为V(t),0tT， 而理想输出波形应为而理想输出波形应为S(t)，0tT，则，则EVM可表示为可表示为 射频技术射频技术SKLMMW 影响接收机影响接收机EVMEVM指标的主要因素有指标的主要因素有 1.正交解调器移相误差，即正交解调器移相误差，即I、Q相位不平衡；相位不平衡； 2.正交解调器幅度误差，即正交解调器幅度误差，即I、Q幅度不平衡；幅度不平衡； 3.通道滤波器幅频特性失真；通道滤波

14、器幅频特性失真； 4.通道滤波器相频特性失真；通道滤波器相频特性失真； 5.本振相位噪声的影响；本振相位噪声的影响； 6.非线性产物的影响；非线性产物的影响； 射频技术射频技术SKLMMW 射频技术射频技术SKLMMW 射频技术射频技术SKLMMW 射频技术射频技术SKLMMW 增益误差导致增益误差导致EVMEVM恶化恶化 射频技术射频技术SKLMMW II.II.接收机灵敏度指标分析：接收机灵敏度指标分析： 灵敏度是衡量接收机在一定条件下能够接收弱信号灵敏度是衡量接收机在一定条件下能够接收弱信号 的能力。的能力。 灵敏度与诸多因素有关。例如，在不同的误码率、灵敏度与诸多因素有关。例如，在不同

15、的误码率、 信噪比等条件及不同的接收环境（静态、多径信道模型）信噪比等条件及不同的接收环境（静态、多径信道模型） 情况下灵敏度概念和数值可能各不相同。情况下灵敏度概念和数值可能各不相同。 射频接收机的灵敏度主要由噪声系数、解调精度和射频接收机的灵敏度主要由噪声系数、解调精度和 接口匹配决定。接口匹配决定。 射频技术射频技术SKLMMW )log(10)(174)log(10)log(10 0 BWdBmBWKTPnoise Ptbb GNENE 0 tbF tbF NEN NENBWdBmP 15.108 )log(10)(174 min Fnoisetb NPPNE min解调门限解调门限

16、dBN F 15. 6 *分辨率带宽取分辨率带宽取3.84MHz（在（在5MHz带宽之下），带宽之下），Gp 扩频增益。扩频增益。 射频技术射频技术SKLMMW 接收灵敏度示意图接收灵敏度示意图 射频技术射频技术SKLMMW 根据通信行业标准YD/T 1484.6-2013无线终端空间射频辐射功率和接收 机性能测量方法第6部分：LTE无线终端规定，总全向辐射灵敏度的平均 值最大不能超过-88dBm，总全向辐射功率的平均值最小不能低于16.5dBm。 GSM： SNR9dB BER29dB 射频技术射频技术SKLMMW IV.IV.阻塞特性分析阻塞特性分析 n带内阻塞带内阻塞-指在有用信号功率为

17、-104dBm，阻塞点频信 号功率为-46dBm（偏离10MHz）以及阻塞谱信号为- 46dBm（偏离20MHz）时，误码率小于0.001。该指标 对接收机前端的非线性和射频本振（接收机前端的非线性和射频本振（RF LO）的相位）的相位 噪声都提出了较高的要求噪声都提出了较高的要求。 n带外阻塞带外阻塞-指标决定了接收机抵御其他系统干扰的能力 ，它决定于接收机的预选滤波器特性。LO相位噪声的 相互混频也会影响其阻塞效果。带外阻塞指标主要由带外阻塞指标主要由 链路的线性、滤波特性和本振的相位噪声共同影响链路的线性、滤波特性和本振的相位噪声共同影响。 射频技术射频技术SKLMMW 在有强干扰时，本

18、振相噪对信号的影响在有强干扰时，本振相噪对信号的影响 协议中讨论双音阻塞指标时提到在偏离信号协议中讨论双音阻塞指标时提到在偏离信号10MHz处存在点频处存在点频 信号信号-46dBm，此时信号电平为，此时信号电平为-114dBm。则有倒易混频公式，。则有倒易混频公式， 可以计算出本振在偏离中心可以计算出本振在偏离中心10MHz处，分辨率带宽取处，分辨率带宽取3.84MHz时，时， 相位噪声应低于相位噪声应低于-125dBc/Hz。 射频技术射频技术SKLMMW WCDMA接收机阻塞模板接收机阻塞模板 射频技术射频技术SKLMMW V.WCDMAV.WCDMA终端射频接收机指标终端射频接收机指标

19、 接收灵敏度接收灵敏度：-125dBm； 邻道选择性邻道选择性：-93dBm(SF=128、BER=0.001、 -41dBm5MHz）； 阻塞特性阻塞特性：-104dBm（SF=128、BER=0.001、 点频-46dBm10MHz、谱-46dBm20MHz） 相位噪声相位噪声 ：-130dBc/Hz1MHz (RF LO)； -100dBc/Hz100kHz(IF LO)； I/Q输出阻抗幅度输出阻抗幅度：600mV(高阻) 射频技术射频技术SKLMMW VI.WCDMAVI.WCDMA终端射频发射机指标终端射频发射机指标 最大发射功率：30dBm; 最小发射功率：-30dBm; 功率控

20、制动态范围：50dB； 占用带宽：5MHz； 矢量误差幅度（EVM）：17.5%； 邻道泄露功率比（ACLR）：45dB(5MHz)； 50dB(10MHz) 带外辐射特性： 射频技术射频技术SKLMMW 一种简单链路预算方法一种简单链路预算方法 0 00 ()()() ()() (/)()() r b s M dBEIRP dBWdBmWG dB E dBR dBbps N KT dBW HzdBmW HzL dBL dB 或 或 pp.201数字通信数字通信-基础与应用基础与应用 （二版）（二版）B. Skalar 链路余量与可用率链路余量与可用率 射频技术射频技术SKLMMW 一个实例一个实例-