射频子系统基本原理介绍

1、e内容概述n一.基本概念n二.手机射频单元基本构成n三.手机与基站接续流程简介一.基本概念n1. dB、dBm n2. GSM频谱规划 n3. 物理信道n4. 变频n5. 噪声与杂散n6. 信噪比n7. 参考灵敏度、耦合灵敏度 1. dB、dBm n dB 一个信号的参量与另一个信号的参量的比值的对数表示，是一个相对值 如果x1=10W，x2=5W，则x1比x2大3dBndBm 表示dB毫瓦，是绝对功率单位 )lg(10)(21xxdBx)1lg(10)(mWpdBmx2.GSM频谱规划nGSM工作在900MHz频段、1800MHz、1900MHz频段，具体频谱划分如下表 GSM DCS PC

2、S 下 行 880915MHz 17101785MHz 18501910 MHz 上 行 925960MHz 18051880MHz 19301990 MHz 绝 对 频 道 号 0124/9751023 512885 512810 MHz 收 发 间 隔 45MHz 95MHz 80 MHz 3. 物理信道n物理信道时隙频道401234567123456FrequencyAmplitudeARFCNTimeslotPhysical Channel isan ARFCN and Timeslot 控制信道和业务信道n控制信道用于传输基站与手机通信所需的控制信息。一个典型的控制信道是广播信道，广

3、播信道向小区的所有用户发送，用于手机搜索网络、与网络同步等。象灯塔一样具有指示作用。n业务信道在通话时使用，用于在移动台和基站间交换语音信息。4. 变频n 变频分为上变频和下变频，上变频是将较低频率的信号变换为较高频率的射频信号，下变频则相反，上变频用于发射，下变频用于接收，变频的基本原理表示如下 1cos f 0cos f 0101coscos)2/1 (ffff 变频分类 射频与基带信号间可以通过多次频率变换实现相互转换，发射机通常采用二次变频的方式实现，接收机则有三种方式实现射频变换到基带 二次变频 零中频变频 低中频变频 二次变频 优点：技术成熟，现代无线接收机的经典结构 缺点：结构复

4、杂，不便于集成，成本高 带通滤波 低噪声放大 第一次变频 中 频滤波 可变增益放大 第二次变频 I Q RF输入 零中频变频n优点：结构简单，便于集成，成本低n缺点：存在直流漂移干扰问题 带通滤波 低噪声放大 变频 低通滤波 可变增益放大 Q RF输入 I 数字低中频变频n优点：抗邻信道干扰能力强，消除了直流漂移干扰问题，结构简单，便于集成n缺点： 对变频器要求较高 带通滤波 低噪声放大 变频 低 通滤波 模数转换 I Q RF 输入 可变增益放大 数字变频 数字滤波 数模转换 5.噪声与杂散n噪声和杂散是电子系统存在的干扰的两种表现形式 n噪声频谱是连续的，是无法完全消除的n杂散频谱是非连续

5、的，是可以消除的 f(MHz) P(dBm) 杂散 噪声 n发射电路上重点抑制杂散n接收电路上重点抑制噪声6.信噪比n信噪比（S/N）顾名思义是指有用信号和噪声的比值，一定的信噪比是手机能正确解调出来自基站信息的必要条件。接收机中射频设计的目标之一就是尽可能地抑制噪声同时提高有用信号功率，从而保证输入基带的信号有最大的信噪比7.参考灵敏度与整机灵敏度n参考灵敏度是描述手机在没有外来干扰的情况下接收信号能力的指标，通常通过电缆连接来测试，主要受以下几方面因素的影响： 1. 基带编码的抗干扰能力 2. 射频对噪声的抑制能力 3. 射频对有用信号的衰减量 4. 信道带宽 n整机灵敏度是描述手机整机接

6、收信号能力的指标，主要受以下因素的影响： 1. 天线的性能 2. 手机主板的参考灵敏度 3. 手机的结构设计 4. 屏、FPC、电池等其他附件二. 手机射频单元基本构成n 手机射频单元包括以下部分： 1.收发信单元 2.功率放大单元 3.开关单元 4.天线单元 手机射频单元基本构成图 收发信单元 13MH 晶振 射频功率放大器 射频开关 射频滤波 Q I 13MHz to BB GSM DCS/PCS GSM DCS/PCS GSM DCS/PCS GSM DCS/PCS 本振发生 时钟驱动 FEM HWXP541 Transceiver Si4205 ABB RF3146 AFC 1.收发信

7、单元n收发信单元是手机射频的核心处理单元，包括收信单元和发信单元。n发信单元完成对基带信号的上变频、滤波、放大。n收信单元完成对接收信号的放大、滤波和下变频最终输出基带信号。 Si4205nSi4205，是一颗专门用于GSM射频处理的transceiver芯片，支持三频段工作，包括GSM、DCS、PCS。收信单元采用数字低中频方案，发信单元采用两次变频方案。集成了本振发生单元、时钟单元、收发信单元。 低噪声放大 下变频 低通滤波 可变增益放大 模 数转换 数 字变频 数 字滤波 数字增益调整 数模转换 第一次变频 频段选择 第二次变频 放大 放大 低通滤波 射频本振锁相环 中频本振锁相环 时钟

8、驱动放大 去发射变频器 来自射频本振锁相环 时钟与锁相电路 时钟频率选择 13MHz 或 26MHz 输入 13MHz to BB I Q I Q GSM 射频信号 DCS 射频信号 差分射频输入 SI4205内部结构框图Si4205原理示意图2.功率放大器 RF3146n功率放大器用于将transceiver输出的射频信号放大 3.前端模块（FEM）HWXP541n前端模块HWXP541集成了开关和射频滤波器，完成天线接收和发射的切换、频段选择、接收和发射射频信号的滤波n 4.天线单元n手机天线分为外置天线和内置天线n内置天线有多种形态，主要包括以下几种 monopole天线 PIFA 天线 软电路板天线 PCB天线当前主流天线为PIFA天线和monopole天线三. 手机与基站的接续流程n主要介绍三种情况下的接续流程： 开机 手机主叫 手机被叫1.手机开机n搜索广播信道n进行频率校对和同步时序n读取基站识别码n位置更新n鉴权2.手机发起主叫n手机向基站发送接入请求n基站响应请求n移动台与基站交换控制信息n分配业务信道n发送和接收语音数据3.手机被叫n手机收到来自基站的寻呼信号n手机发送接入请求n基站发送允许接入应答n手机与基站交换控制信息n分配业务信道n手机发送和接收语音数据总结n本次课程进行了以下几方面的内容： 1. 手机射频领域常碰到的一些基本概念 2. 我们目前