通信电子线路07-5

1、第第7章章 调制解调与通信系统调制解调与通信系统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发送发送接收机结构接收机结构 完成基带信号对载波的调制完成基带信号对载波的调制 通带信号（已调波）通带信号（已调波）将通带信号搬移到所需的频段将通带信号搬移到所需的频段上变频上变频放大到足够的功率并发射放大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：频谱、功率、效率主要指标：频谱、功率、效率产生正弦载波产生正弦载波射频发射级的基本组成及完成功能射频发射级的基本组成及完成功能从众多的电波中选出有用信号从众多的电波中

2、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、选择性灵敏度、选择性射频接收级的基本组成及完成的功能射频接收级的基本组成及完成的功能 选用合适的调制和解调方式选用合适的调制和解调方式 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 接收机选出有用信道抑制干扰接收机选出有用信道抑制干扰 难点难点已调信号载频高、信道窄已调信号载频高、信道窄 接收机的灵敏度和线性动态范围接收机的灵敏度和线性动态范围

3、 发射机的高效率不失真的功率放大器发射机的高效率不失真的功率放大器 限制发射信号对相邻信道的干扰限制发射信号对相邻信道的干扰 天线收发转换器的损耗小，隔离性好天线收发转换器的损耗小，隔离性好设计接收机和发射机的射频部分时应解决的关键问题设计接收机和发射机的射频部分时应解决的关键问题AM发射机发射机 按调制功率电平按调制功率电平低电平低电平AM发射机发射机高电平高电平AM发射机发射机 按调制方式按调制方式射频直接调制发射机（零中频调制发射机）射频直接调制发射机（零中频调制发射机）间接调制发射机间接调制发射机射频射频直接调制直接调制AM发射机发射机 信源信源: : 产生基带信号产生基带信号基带放大

4、器：高输入阻抗的线性电压放大器基带放大器：高输入阻抗的线性电压放大器缓冲放大器：线性放大器，对基带信号进一步放大，使其足缓冲放大器：线性放大器，对基带信号进一步放大，使其足以驱动调制器。以驱动调制器。1、低电平、低电平AM发射机发射机射频振荡器射频振荡器RFLO：高稳定度晶振或频率合成器。：高稳定度晶振或频率合成器。 RF放大器：多级放大器组成。第一级为缓冲级放大器：多级放大器组成。第一级为缓冲级,作作RFLO的的负载通常为高输入阻抗的共集跟随电路负载通常为高输入阻抗的共集跟随电路,保证保证RFLO不受负载影不受负载影响而稳定振荡。第二、三级是高增益放大器响而稳定振荡。第二、三级是高增益放大器

5、,将将RF振荡信号放振荡信号放大到足够电平送入调制器。大到足够电平送入调制器。调制器：调制器：AMAM调制器电路。调制器电路。RFPA： RFRF功效，保证功效，保证AMAM已调信号的不失真放大。已调信号的不失真放大。RF功放电路：将射频振荡信号放大到足够功率电平后，送入功放电路：将射频振荡信号放大到足够功率电平后，送入AM调幅功放电路。调幅功放电路。AM调幅功放电路：调幅功放电路： C类类RFPA，采用集电极发射极的双重调幅，采用集电极发射极的双重调幅方式方式。2、高电平、高电平AM发射机发射机AM发射机发射机间接间接调制调制AM发射机发射机原理：先将调制信号调制在较低的载频原理：先将调制信

6、号调制在较低的载频(付载波付载波)上上,然后把低载然后把低载频的已调信号用混频器上搬到射频载波上。频的已调信号用混频器上搬到射频载波上。中频振荡器中频振荡器IFLO/射频振荡器射频振荡器RFLO：高稳度晶体振荡器或频率合：高稳度晶体振荡器或频率合成器。成器。中频放大器中频放大器IFA：线性电压放大器：线性电压放大器信源、基带放大、调制滤波：同低电平发射机。信源、基带放大、调制滤波：同低电平发射机。上变频器：混频电路，混频后由于是将中频搬高至射频，因此上变频器：混频电路，混频后由于是将中频搬高至射频，因此必须加上取出上变频的带通滤波器。必须加上取出上变频的带通滤波器。功放功放PA和匹配网络：和匹

7、配网络：同低电平发射机的电路相同。同低电平发射机的电路相同。超外差接收机超外差接收机单次单次变频外差式接收机变频外差式接收机1 1、射频调谐接收机、射频调谐接收机缺点：缺点：1 1、接收带宽随接收、接收带宽随接收RFRF中心频率而变化中心频率而变化2 2、多个、多个RFARFA容易产生自激震荡容易产生自激震荡3 3、灵敏度不均匀、灵敏度不均匀优点：优点：1、简单实用、简单实用2、接收灵敏度相当高。、接收灵敏度相当高。 2、单次变频超外差接收机、单次变频超外差接收机RF部分：部分： 预选滤波器：宽调谐预选滤波器：宽调谐LC谐振回路带通滤波器谐振回路带通滤波器,中心频率中心频率fR对频对频带进行初

8、始限制带进行初始限制,去除不需要的去除不需要的RF进入接收机射频放大器。进入接收机射频放大器。 射频放大器射频放大器RFA：增大增益：增大增益,提高接受灵敏度、选择性、信噪提高接受灵敏度、选择性、信噪比比,有助于抑制镜像频率。有助于抑制镜像频率。单次单次变频超外差式接收机统调原理示意图变频超外差式接收机统调原理示意图本地振荡和混频：超外差接收的关键技术本地振荡和混频：超外差接收的关键技术变频器功能：将接收到的射频不失真的降低为一个固定的中频变频器功能：将接收到的射频不失真的降低为一个固定的中频IFIF关键部件：下变频器关键部件：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

9、构不变（1 1） 为了解决选择性为了解决选择性结果：射频段选择信道非常困难结果：射频段选择信道非常困难要求滤波器要求滤波器Q值极高值极高上行频带上行频带: 890: 890 915MHz915MHz（移动台发、基站收）（移动台发、基站收）下行频带下行频带: 935: 935 960MHz 960MHz（移动台收、基站发）（移动台收、基站发）每个信道每个信道: 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：降低频率选信道措施：降低频率选信道为什么要将接收到的射频频率降低？

10、为什么要将接收到的射频频率降低？信道选择困难信道选择困难 对于对于GSM系统系统 高高Q值的滤波器难以实现值的滤波器难以实现举例：举例：天线输入电平约为天线输入电平约为-100 -120dBm （ 级）级）V解调器输入一般要求约解调器输入一般要求约500mV要求增益大于要求增益大于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： 增益分散在各频段，易稳定增益分散在各频段，易稳定 中频频率低且固定，增益易大而稳定中频频率低且固定，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

11、容易变换也相对容易 （2 2）为使接收机达稳定的高增益）为使接收机达稳定的高增益收发机中混频的数学分析收发机中混频的数学分析 发射和接收过程中的频率搬移都用混频来实现发射和接收过程中的频率搬移都用混频来实现 混频的时域分析混频的时域分析 输入信号与本地振荡信号输入信号与本地振荡信号(Local Oscillator)在时域相乘：在时域相乘：例如例如: 输入信号输入信号x(t)=ARFcos( RFt)， 载波载波c(t)=ALOcos( LOt) 混频：混频：( )( )( )cos() )cos() )22RFLORFLORFLORFLOAAAAy tx tc ttt和频（时现上变频）和频（

12、时现上变频）差频（实现下变频）差频（实现下变频） 混频：时域相乘混频：时域相乘= 频域卷积频域卷积= 频谱搬移频谱搬移 对于上变频：基带对于上变频：基带 射频射频卷积卷积 下变频下变频: :射频射频 中频中频/ /基带基带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放大中频放大选信道、主增益级选信道、主增益级超外差接收机各级功能超外差接收机各级功能超外差式接收机存在的主要问题：超外差式接收机存在的主要问题：镜像镜像信号问题信号问题 镜频对下变频的影响镜频对下变频的影响造成干扰造成干扰455KHz的单次变频超外差式接收机的镜像干扰的单次变频超外差式接收机的镜像干扰镜像

13、干扰：镜像干扰：镜像频率镜像频率 fIMGfR2 f1超外差式接收机存在的主要问题超外差式接收机存在的主要问题 镜像信号问题镜像信号问题 镜像信号与本地振荡信号混频后所产生的镜像信号与本地振荡信号混频后所产生的信号经中频滤波后，也位于中频频率信号经中频滤波后，也位于中频频率fIF 处。处。该信号叠加在有用中频信号上，直接对有该信号叠加在有用中频信号上，直接对有用中频信号造成干扰，并且不可被清除用中频信号造成干扰，并且不可被清除 镜像信号的能量大小是不可预知的，在比镜像信号的能量大小是不可预知的，在比较差的接收环境中，镜像信号的能量可能较差的接收环境中，镜像信号的能量可能比有用信号的能量高几十分

14、贝比有用信号的能量高几十分贝 方案之一：下变频前抑制镜像信号（滤方案之一：下变频前抑制镜像信号（滤波器）波器） 带通滤波器，通带中心频率与有用信号频率相同，带通滤波器，通带中心频率与有用信号频率相同，而镜像频率位于阻带范围内，阻带衰减率就是对镜而镜像频率位于阻带范围内，阻带衰减率就是对镜像信号的抑制率像信号的抑制率 在恶劣接收环境中镜像信号的抑制率要达到在恶劣接收环境中镜像信号的抑制率要达到60-70dB 高的品质因子（高的品质因子（50甚至更高）、很高的阶数（甚至甚至更高）、很高的阶数（甚至到到6阶），难以集成阶），难以集成 中频频率的选择中频频率的选择 为了减轻对镜像抑制滤波器的为了减轻对

15、镜像抑制滤波器的要求，可以将固定中频频率提要求，可以将固定中频频率提高，以加大镜像信号与有用信高，以加大镜像信号与有用信号之间的频率间隔，减缓对滤号之间的频率间隔，减缓对滤波器抑制率的要求波器抑制率的要求 中频频率提高后，后续处理模中频频率提高后，后续处理模块（如模数变换器）的工作频块（如模数变换器）的工作频率就提高了，后续模块的设计率就提高了，后续模块的设计将变得比较困难将变得比较困难 可以通过增加一级或者多级下可以通过增加一级或者多级下 变频器将信号的频率进一步降变频器将信号的频率进一步降低（二次变频超外差式接收低（二次变频超外差式接收机），但这会增加电路规模和机），但这会增加电路规模和片

16、外元件数目，提高系统成本片外元件数目，提高系统成本41MHz中频上变频接收机框图中频上变频接收机框图 上图所示上图所示,接收机频率覆盖范围是接收机频率覆盖范围是500kHz到到30MHz,选择中选择中频频率为频频率为41MHz,对于对于14.090MHz的接收信号的接收信号,镜像干扰频率为镜像干扰频率为96.090MHz,在前端预选器中很容易将该干扰频率信号滤除。在前端预选器中很容易将该干扰频率信号滤除。双重双重变频变频超外差接收机超外差接收机典型典型的双变频接收机组成框图的双变频接收机组成框图第一次变频：频率变换到高中频，可抑制镜频。第一次变频：频率变换到高中频，可抑制镜频。典型中频频率值：

17、典型中频频率值：5.5MHz,9MHz,10.7MHz,21.4MHz,41MHz;中频滤波：中频滤波： LC滤波器或晶体滤波器滤波器或晶体滤波器,获得较好的选择性；获得较好的选择性； 第二次变频：变换到低中频第二次变频：变换到低中频455KHZ 第三个混频器用作成乘积检波器第三个混频器用作成乘积检波器(即同步检波即同步检波),对接收调幅信号和对接收调幅信号和单边带单边带(SSB)信号进行解调信号进行解调,第三振荡器称作拍频振荡器第三振荡器称作拍频振荡器(BFO) LO1频率步进间隔频率步进间隔=LO2的频率范围；的频率范围； LO2频率步进间隔频率步进间隔=接收信号带宽。接收信号带宽。典型典

18、型的双变频接收机组成框图的双变频接收机组成框图双重双重变频外差接收机组成框图变频外差接收机组成框图超外差接收机超外差接收机自动增益控制自动增益控制AGC比较器：比较器：两个输入电压两个输入电压: 参考电压参考电压ur，AGC起控的门限值起控的门限值;直流放大器输直流放大器输出电压出电压U+输出电压输出电压uC，控制可控增益放大器的增益，控制可控增益放大器的增益 AGC电路：使接收通道中的高放和中放电路在接受信号较电路：使接收通道中的高放和中放电路在接受信号较弱时弱时,保持高增益保持高增益;在接受信号较强时在接受信号较强时,自动降低增益自动降低增益,以保持输出以保持输出信号强度基本不变。信号强度

19、基本不变。接收信号接收信号输出信号输出信号检波器检波输出检波器检波输出直流放大器输出直流放大器输出 上图为一次混频普通调幅接收机带有上图为一次混频普通调幅接收机带有AGC 控制电路的框图。控制电路的框图。中放输出已调信号振幅中放输出已调信号振幅Uom, Uom是是AGC稳定状态下稳定状态下, 通道的输出通道的输出幅度幅度, Uom始终略大于始终略大于,且接近且接近AGC为零时的为零时的Uom值。值。带有带有AGC电路的调幅接收机框图电路的调幅接收机框图超外差式接收机超外差式接收机单边带通信单边带通信与复用技术与复用技术 单边带通信优点：单边带通信优点：节省传输功率、节省带宽、抗衰落干扰强、信噪

20、比高节省传输功率、节省带宽、抗衰落干扰强、信噪比高适用于频道拥挤的短波段适用于频道拥挤的短波段 本节内容本节内容SSBSSB双向传输收发信机双向传输收发信机独立边带发射机独立边带发射机多信道导频多信道导频SSBSSB接收机接收机SSBSSB频分复用通信频分复用通信SSBSSB正交复用通信正交复用通信SSB收发信机收发信机收发收发双向传输双向传输SSB通信机框图通信机框图1、收发双向传输、收发双向传输SSB通信机通信机 接收方向时，第一中频采用高中频接收方向时，第一中频采用高中频fI1=21.513MHz，第二中，第二中频为低中频频为低中频 fI2=500KHz； 发射方向时，第一付载波（第一中

21、频）发射方向时，第一付载波（第一中频） ，第，第二付载波二付载波 频率合成器：提供三路高稳定度本振频率：频率合成器：提供三路高稳定度本振频率：可变频率可变频率fL1=21.51331.513MHz固定频率固定频率fL2=22.013MHz固定频率固定频率500KHz：接收时供相乘解调器对：接收时供相乘解调器对fI2进行乘积检波，进行乘积检波，发射时用作第发射时用作第 一付载波。一付载波。 射频功放电路：由二级宽带电压放大和二级宽带射频功放电路：由二级宽带电压放大和二级宽带B类推挽功类推挽功放组成的多级放组成的多级RFPA，输出功率为，输出功率为15W。 接收转换：天线收发双工转换器。接收转换：

22、天线收发双工转换器。KHzfc5001 MHzfc513.212 多多信道导频信道导频SSB接收机组成框图接收机组成框图2、多信道导频、多信道导频SSB接收机接收机AM独立边带发射机独立边带发射机ISB的频谱的频谱 两个边带调制信号不同所以其频谱分布也不同，每个两个边带调制信号不同所以其频谱分布也不同，每个边带分配的功率与边带分配的功率与SSBSSB相同，为载波功率的相同，为载波功率的42aMAMAM独立边带（独立边带（ISBISB）将包含不同信息的两个调制信号互不）将包含不同信息的两个调制信号互不相干的调制在同一个载频上。相干的调制在同一个载频上。ISBISB调制的发射机有两个独立的调制的发

23、射机有两个独立的SSBSSB调制器，分别用于产生调制器，分别用于产生上、下边带，经由相加器合成上、下边带，经由相加器合成DSBDSB信号信号ISB发射机组成框图发射机组成框图A 信道：调制信号在相乘调制器信道：调制信号在相乘调制器A中调制在中调制在100KHz的的LF付付载波上，通过边带滤波器载波上，通过边带滤波器BPFA形成下边带形成下边带A (95KHz100KHz)B信道：调制信号在相乘器信道：调制信号在相乘器B中调制在同一个中调制在同一个100KHz LF付载付载波上，通过边带滤波器波上，通过边带滤波器BPFB形成上边带形成上边带B (100KHz105KHz) A、B两路两路SSB信

24、号在混合网络中合成抑制载波的信号在混合网络中合成抑制载波的ISB信号信号,其频谱为其频谱为95KHz105KHz。ISB信号在射频混频器信号在射频混频器MC中与中与9.9MHz的高稳定的高稳定RF晶振频率上混频产生晶振频率上混频产生RF ISB 信号信号(频谱为频谱为9.995MHx10.005MHz,振幅减小的载频为振幅减小的载频为10MHz)。RF ISB信号信号经经RFPA放大到足够功率电平后放大到足够功率电平后,由天线发射出去。由天线发射出去。SSB的频分复合的频分复合 复用：复用：若干个信号合并为一个可在同一信道上传输的复合若干个信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信号的方法信号的方法。 频分复用：