2通信射频电路_收发系统结构

1、电子科技大学电子科技大学 游长江游长江信源信源发信机发信机收信机收信机信宿信宿信道媒介信道媒介干扰噪声干扰噪声信道机信道机发射端发射端接收端接收端调制调制中放中放/ /变频变频功放功放模拟电路（模拟电路（RF ）待发基带待发基带信号信号(BB)发射天线发射天线解调解调中放中放/变频变频放大放大/ /选频选频模拟电路（模拟电路（RF）输出基带输出基带信号信号(BB)接收天线接收天线4.1 4.1 概述概述通信机基本结构通信机基本结构射频级基本结构射频级基本结构发射部分发射部分接收部分接收部分天线公用器天线公用器本章本章主要内容主要内容：介绍发送、接收机的：介绍发送、接收机的结构方案结构方案主要指

2、标主要指标完成基带信号对载波的完成基带信号对载波的调制调制 通带信号（已调波）通带信号（已调波）将通带信号将通带信号搬移搬移到所需的频段到所需的频段上变频上变频放大放大到足够的功率并发射到足够的功率并发射不干扰相邻信道不干扰相邻信道限制频带限制频带主要指标：主要指标：频谱频谱、功率功率、效率效率射频发射机的射频发射机的基本组成基本组成及及完成功能完成功能：产生正弦载波产生正弦载波射频接收机的射频接收机的基本组成基本组成及及完成的功能完成的功能从众多的电波中选出有用信号从众多的电波中选出有用信号选频、滤除干扰选频、滤除干扰将微弱信号将微弱信号放大到解调器所要求的电平值放大到解调器所要求的电平值放

3、大放大将通带信号变为基带信号将通带信号变为基带信号 解调解调接收机的主要指标：接收机的主要指标：灵敏度灵敏度、选择性选择性设计接收机和发射机的射频部分时应解决的设计接收机和发射机的射频部分时应解决的关键问题关键问题 选用合适的选用合适的调制和解调调制和解调方式方式 抗干扰性能好、频带利用率高、功率有效性好抗干扰性能好、频带利用率高、功率有效性好 接收机接收机选出选出有用信道有用信道抑制抑制干扰干扰 难点难点已调信号载频高、信道窄已调信号载频高、信道窄 接收机的接收机的灵敏度和线性动态范围灵敏度和线性动态范围 发射机的发射机的高效率高效率不失真的不失真的功率放大器功率放大器 限制发射信号限制发射

4、信号对相邻信道的干扰对相邻信道的干扰 天线天线收发转换器收发转换器的损耗小，隔离性好的损耗小，隔离性好4.2.1 超外差式接收机超外差式接收机 变频器变频器功能：将接收到的射频不失真的功能：将接收到的射频不失真的降低降低为一个为一个固定固定的中频的中频IFIF关键部件：关键部件：下变频器下变频器变频特点：变频特点： 频率降低频率降低 频谱结构不变频谱结构不变4.2 接收机方案接收机方案1. 单次变频超外差接收机方案单次变频超外差接收机方案（1 1） 为了解决为了解决选择性选择性结果：射频段结果：射频段选择信道非常困难选择信道非常困难要求滤波器要求滤波器Q值极高值极高上行上行频带频带: 890:

5、 890 915MHz915MHz（移动台发、基站收）（移动台发、基站收）下行下行频带频带: 935: 935 960MHz 960MHz（移动台收、基站发）（移动台收、基站发）每个每个信道信道: 200KHz : 200KHz GSM通信系统通信系统特点特点：信道带宽信道带宽远比远比载频小载频小射频段选择频带射频段选择频带降为中频、选择信道降为中频、选择信道措施：措施：降低频率选信道降低频率选信道为什么为什么要将接收到的射频频率要将接收到的射频频率降低？降低？两个概念两个概念频带频带信道信道（2 2）为使接收机达为使接收机达稳定的高增益稳定的高增益天线输入天线输入电平约为电平约为-100 -

6、120dBm （ 级）级）V解调器输入解调器输入一般要求约一般要求约500mV要求要求增益大于增益大于100dB以上以上总增益射频增益总增益射频增益 混频增益混频增益 中频增益中频增益结果：结果： 增益增益分散在各频段分散在各频段，易稳定，易稳定 中频中频频率低且固定频率低且固定，增益易大而稳定，增益易大而稳定（主要增益级主要增益级）（3 3）在较低的固定中频上解调或在较低的固定中频上解调或A/DA/D变换也相对容易变换也相对容易 超外差接收机各级功能超外差接收机各级功能低噪声放大器低噪声放大器射频放大射频放大变频器变频器频谱搬移频谱搬移中频模块中频模块选信道、主增益级选信道、主增益级LORF

7、LORF0IF基本实现方法基本实现方法变频功能变频功能频谱搬移频谱搬移超外差接收机的主要缺点超外差接收机的主要缺点 变频器引入众多的组合频率干扰变频器引入众多的组合频率干扰产生众多组合频率的原因？产生众多组合频率的原因？滤波器不理想滤波器不理想非线性器件不是非线性器件不是理想平方律特性理想平方律特性产生组合频率产生组合频率RFLOqP非线性非线性器器 件件滤波器滤波器LORF0IFLORFIFpqF组合频率组合频率当当 小于中频带宽时，通过滤波器输出小于中频带宽时，通过滤波器输出 F变频器引起的寄生通道干扰变频器引起的寄生通道干扰非线性非线性器器 件件滤波器滤波器LORF0IF当输入端伴有干扰

8、信号时当输入端伴有干扰信号时输入端没有其它干扰信号输入端没有其它干扰信号11cosmVt22cosmVt组合频率组合频率 通过滤波器输出通过滤波器输出IFLO)2(21三阶互调干扰三阶互调干扰镜像频率干扰镜像频率干扰重要的寄生通道干扰重要的寄生通道干扰什么是镜像频率？什么是镜像频率？后果如何？后果如何？前端滤波器滤除前端滤波器滤除消除镜像频率干扰的方法：不让镜频信号进入变频器消除镜像频率干扰的方法：不让镜频信号进入变频器滤波器实现难点？滤波器实现难点？射频滤波器通带做不窄射频滤波器通带做不窄解决方法解决方法: 提高中频提高中频高中频和低中频的利弊高中频和低中频的利弊高中频高中频镜像频率远离有用

9、信号，滤波容易镜像频率远离有用信号，滤波容易优点：优点： 利于抗镜频干扰利于抗镜频干扰低中频低中频 相同相同Q值条件下，中频滤波器窄带值条件下，中频滤波器窄带优点：优点：利于选择信道、稳定的高增益利于选择信道、稳定的高增益两者兼顾最佳方案两者兼顾最佳方案超外差式超外差式二次混频二次混频方案方案选择选择中频中频兼顾兼顾两者两者945 9702955 980LORFIFimRFIFfffMHzfffMHz925 9502915 940LORFIFimRFIFfffMHzfffMHz 3.二次变频超外差接收机方案二次变频超外差接收机方案中频选择原则中频选择原则IIII中频采用中频采用低低中频值，利于

10、提取有用信道中频值，利于提取有用信道 抑制邻道干扰抑制邻道干扰I I 中频采用中频采用高高中频值，以提高镜象频率抗拒比中频值，以提高镜象频率抗拒比三个滤波器的三个滤波器的功能、中心频率与带宽功能、中心频率与带宽射频滤波器射频滤波器I I 中频中频 滤波器滤波器II II 中频中频 滤波器滤波器总增益总增益 低噪放增益低噪放增益 I I中频中频 增益增益 IIII中频中频 增益增益（主要增益级）（主要增益级）二次变频超外差接收机实例二次变频超外差接收机实例881RFfMHz145IFfMHz2455IFfKHz188145926LOfMHz2450.45544.545LOfMHz4.2.2直接下

11、变频方案（零中频方案）直接下变频方案（零中频方案） 方案特点：方案特点：中频为中频为 0IFLORF0IF方案优点方案优点： 不存在镜像频率，无镜频信号干扰不存在镜像频率，无镜频信号干扰 可用低通滤波器选择信道可用低通滤波器选择信道 易解决匹配、线性动态范围等问题易解决匹配、线性动态范围等问题直接下变频方案存在的问题直接下变频方案存在的问题 1.1.本振泄露本振泄露 关键原因关键原因: 本振频率与信号频率相同本振频率与信号频率相同2. 2. LNA偶次谐波失真干扰偶次谐波失真干扰 两个频率两个频率相近的干扰相近的干扰非线性的偶次项非线性的偶次项引起的差频引起的差频 0漏过、形成干扰漏过、形成干

12、扰3. 3. 直流偏差直流偏差 由本振泄漏引起的直流偏差由本振泄漏引起的直流偏差 强干扰的自混频引起的直流偏差强干扰的自混频引起的直流偏差4. 噪声影响噪声影响f1BPFLNA本振本振2(LO2)/2 LPF LPFADCADC本振本振1(LO1)LPFLNA本振本振(LO) BPF (2)LF Amp BPF(3)解调解调BPF(1)RF0IFRFLOLO4.2.3 镜频抑制接收方案镜频抑制接收方案 tVtvRFRFRFcos)(tVtvimimimcos)( )sin()sin()22 imRFALORFLOimVVvttt( )cos()cos()22 imRFBLORFLOimVVvt

13、tt)cos()()()(RFLORFBCIFVtvtvtv特点：利用电路特点：利用电路结构形式结构形式改变改变 , 抑制抑制镜像频率干扰镜像频率干扰输出抑制了镜像频率输出抑制了镜像频率4.2.4 数字中频方案数字中频方案 特点：特点：将第二次混频和滤波数字化将第二次混频和滤波数字化 优点：优点：可避免可避免I / Q两路的不一致两路的不一致 难点：难点：对对A/D变换器要求很高变换器要求很高转换速度高、较高的分辨率和较小的噪声转换速度高、较高的分辨率和较小的噪声 、线性度很高线性度很高 、要求有较大的动态范围。、要求有较大的动态范围。 BPFLNA本振本振-/2 BPF BPFADCADCA

14、DCDSP ChipLNALNA变频变频中放中放幅度检测幅度检测解调解调控制电路控制电路中放中放解调解调VCO VCO LPF/LPF/放大放大鉴频器鉴频器4.3 4.3 发射机方案发射机方案 1. 直接变换法直接变换法本振本振缺点缺点: 发射频率发射频率 本振频率，发射的强信号会影响本振源本振频率，发射的强信号会影响本振源调制和上变频合一调制和上变频合一在发射频率上调制在发射频率上调制改进改进sincos2. 二次变频法二次变频法优点优点: 较低频率处调制容易，正交两支路易一致较低频率处调制容易，正交两支路易一致缺点：对缺点：对上变频滤波器上变频滤波器要求高要求高特点特点: 在较低的频率上在

15、较低的频率上调制调制，再，再上变频上变频到发射频率到发射频率4.44.4无线发射接收机的性能指标无线发射接收机的性能指标GSM系统的主要性能系统的主要性能 （1 1）发射频率：移动台发送发射频率：移动台发送 890915MHZ 基站发送基站发送 935960MHZ（6 6）信道比特率：信道比特率：42kbps42kbps（2 2）双工间隔：双工间隔：45MHZ（3 3）载波信道间隔：载波信道间隔：200KHZ（4 4）多址方式：时分多址（多址方式：时分多址（TDMA）/ /频分多址（频分多址（FDMA）（5）调制方式：调制方式：最小偏移调制（最小偏移调制（GMSK）1.1.发信机技术指标发信机

16、技术指标 （1）平均载频功率平均载频功率（2）发信载频包络发信载频包络（3）射频功率控制射频功率控制（4）射频输出频谱射频输出频谱（5）杂散辐射杂散辐射相对载波功率（相对载波功率（dBdB）允许的最大电平允许的最大电平调调制制谱谱性性能能相对载频的偏移（相对载频的偏移（KHZKHZ）瞬态瞬态频谱频谱性能性能相对载频的偏移（相对载频的偏移（KHZ）100100200250400600180040060012001800+0.53033545423dBm26dBm32dBm36dBm9KHZ1GHZ112.75GHZ935960MHZ250nW（36dBm）1 W（30dBm）4PW（84dBm）

17、例：移动台例：移动台 0.8W （29dBm） （6）互调衰减互调衰减（7）相位误差相位误差一个时隙内，相位误差的方均根应不大于一个时隙内，相位误差的方均根应不大于5 5 ，峰值小于，峰值小于2020 （8）频率精度频率精度0.1ppm（1 107） 2. 2. 接收机指标接收机指标（1）灵敏度灵敏度（2）阻塞和杂散响应抑制阻塞和杂散响应抑制（3）互调响应抑制互调响应抑制（4）邻道干扰抑制邻道干扰抑制（5）杂散辐射杂散辐射（1 1）灵敏度：）灵敏度：静态静态102dBm，BER105 （仅列举一个数据）（仅列举一个数据）（2 2）阻塞：）阻塞： 113dB V（3 3）互调特性：）互调特性：70dB V（43dBm）（4 4）杂散抑制：）杂散抑制：70dB V（5 5）杂散发射：）杂散发射：9KHZ1GHZ20nW（57dBm） 112.75GHZ20nW（47dBm）3.3.系统指标分配与计算系统指标分配与计算电路设计前，必须进行的三个方面的工作电路设计前，必须进行的三个方面的工作依据依据: :通信环境通信环境通信距离通信距离工作频段工作频段调制方式等一系列因素调制方式等一系列因素a.a. 合理合理确定确定接收机接收机发射机的发射机的整机指标整机指标 b. 将系统指标将系统指标分配分配