通信电子电路(第4章)

第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)4.1概述通信机基本结构射频级基本结构发射部分接收部分天线公用器本章主要内容：介绍发送、接收机的结构方案主要指标本文档共42页；当前第1页；编辑于星期三\18点13分1第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)②完成基带信号对载波的调制

通带信号（已调波）③将通带信号搬移到所需的频段上变频④放大到足够的功率并发射⑤不干扰相邻信道限制频带主要指标：频谱、功率、效率射频发射级的基本组成及完成功能：①产生正弦载波本文档共42页；当前第2页；编辑于星期三\18点13分2第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)射频接收级的基本组成及完成的功能①从众多的电波中选出有用信号选频、滤除干扰②将微弱信号放大到解调器所要求的电平值放大③将通带信号变为基带信号

解调接收机的主要指标：灵敏度、选择性本文档共42页；当前第3页；编辑于星期三\18点13分3第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)设计接收机和发射机的射频部分时应解决的关键问题①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②接收机选出有用信号、抑制干扰信号难点——已调信号载频高、信道窄

③接收机的灵敏度和线性动态范围

④发射机的高效率不失真的功率放大器

⑤限制发射信号对相邻信道的干扰

⑥

天线收发转换器的损耗小，隔离性好本文档共42页；当前第4页；编辑于星期三\18点13分4第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)4.2.1超外差式接收机变频器功能：将接收到的射频不失真的降低为一个固定的中频关键部件：下变频器变频特点：

①频率降低②频谱结构不变4.2接收机方案基本结构方案本文档共42页；当前第5页；编辑于星期三\18点13分5第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)（1）为了解决选择性结果：射频段选择信道非常困难要求滤波器Q值极高上行频带:890~915MHz（移动台发、基站收）下行频带:935~960MHz（移动台收、基站发）每个信道:200KHz

GSM通信系统特点：信道带宽远比载频小射频段选择频带降为中频、选择信道措施：降低频率选信道为什么要将接收到的射频频率降低？两个概念频带信道本文档共42页；当前第6页；编辑于星期三\18点13分6第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)（2）为使接收机达稳定的高增益天线输入电平约为-100~-120dBm（mV级）解调器输入一般要求约500mV要求增益大于100dB以上总增益＝射频增益＋混频增益＋中频增益结果：①增益分散在各频段，易稳定②中频频率低且固定，增益易大而稳定（主要增益级）（3）在较低的固定中频上解调或A/D变换也相对容易

本文档共42页；当前第7页；编辑于星期三\18点13分7第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)超外差接收机各级功能低噪声放大器——射频放大变频器——频谱搬移中频放大——选信道、主增益级本文档共42页；当前第8页；编辑于星期三\18点13分8第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)基本实现方法变频功能——频谱搬移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产生众多组合频率的原因？非线性器件不是理想平方律特性产生组合频率非线性器件滤波器滤波器不理想本文档共42页；当前第9页；编辑于星期三\18点13分9第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)组合频率当小于中频带宽时，通过滤波器输出

变频器引起的寄生通道干扰非线性器件滤波器②当输入端伴有干扰信号时①输入端没有其它干扰信号组合频率通过中频滤波器输出三阶互调干扰本文档共42页；当前第10页；编辑于星期三\18点13分10第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)镜像频率干扰——重要的寄生通道干扰什么是镜像频率？后果如何？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解决方法:

提高中频滤波器实现难点？射频滤波器通带做不窄本文档共42页；当前第11页；编辑于星期三\18点13分11中频选择：第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)根据抑制镜频通道要求（镜像抑制比为60dB）根据抑制寄生通道干扰：

和幂级数展开系数有关。高放BPF1特性高放BPF1特性根据中频滤波器的可实现性（采用现成的集总参数滤波器）根据抑制中频干扰要求（中频抑制比为80dB）本文档共42页；当前第12页；编辑于星期三\18点13分12第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)高中频和低中频的利弊高中频——镜像频率远离有用信号，滤波容易优点：

利于抗镜频干扰低中频——相同Q值条件下，中频滤波器窄带优点：利于选择信道、稳定的高增益两者兼顾最佳方案——超外差式二次混频方案选择中频兼顾两者本文档共42页；当前第13页；编辑于星期三\18点13分13第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)3.二次变频方案中频选择原则II中频采用低中频值，利于提取有用信道抑制邻道干扰I中频采用高中频值，以提高镜象频率抗拒比三个滤波器的功能、中心频率与带宽射频滤波器I中频滤波器II中频滤波器总增益＝低噪放增益＋I中频增益＋II中频增益（主要增益级）本文档共42页；当前第14页；编辑于星期三\18点13分14第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)二次混频超外差接收机实例本文档共42页；当前第15页；编辑于星期三\18点13分15I混频：中频干扰45(MHz),镜频干扰971(MHz)第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)881MHz45MHz455KHz926MHz971MHz44.545MHz44.09MHz45MHz44.09MHz455KHzII混频：中频干扰455(KHz),镜频干扰44.09(MHz)本文档共42页；当前第16页；编辑于星期三\18点13分16第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)4.2.2直接下变频方案（零中频方案）

方案特点：中频为

方案优点：①

不存在镜像频率，无镜频信号干扰②可用低通滤波器选择信道③易解决匹配、线性动态范围等问题本文档共42页；当前第17页；编辑于星期三\18点13分17第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)直接下变频方案存在的问题

1.本振泄露–本振信号从射频口输出关键原因:本振频率与信号频率相同2.LNA偶次谐波失真干扰

两个频率相近的干扰非线性的偶次项引起的差频≈0漏过、形成干扰本文档共42页；当前第18页；编辑于星期三\18点13分18第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)3，直流偏差①由本振泄漏引起的直流偏差②强干扰的自混频引起的直流偏差本文档共42页；当前第19页；编辑于星期三\18点13分194.2.3镜频抑制接收方案a.Hartley方案第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)本文档共42页；当前第20页；编辑于星期三\18点13分20a.Hartley方案第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)难度：1，要求两路完全一致。2，90o移相必须准确。本文档共42页；当前第21页；编辑于星期三\18点13分21b.Weaver方案：第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)本文档共42页；当前第22页；编辑于星期三\18点13分22第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)如图为直接变频方案示意图：本文档共42页；当前第23页；编辑于星期三\18点13分23第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)wI1wI2wI1wI2=wI1-w2j/2-j/2sinw1tcosw1t本文档共42页；当前第24页；编辑于星期三\18点13分24数字中频方案：二中频以下信号处理数字化--软件定义无线电第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)优点：处理灵活缺点：对A/D要求高：速度、分辨率(量化噪声)、动态范围、线性度本文档共42页；当前第25页；编辑于星期三\18点13分254.3发射机方案第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)直接变换正交调制发射机优点：结构简单缺点：输出端强信号影响本振，稳定性差。本文档共42页；当前第26页；编辑于星期三\18点13分26第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)两步变换正交调制发射机优点：避免本振牵引，调制易于实现。缺点：上变频滤波器实现难度大。本文档共42页；当前第27页；编辑于星期三\18点13分27双偏置本振方案：第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)

两个本振频率与输出频率差别大，不易被输出强信号干扰。本文档共42页；当前第28页；编辑于星期三\18点13分28发射机前端实例：第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)本文档共42页；当前第29页；编辑于星期三\18点13分294.4无线发射接收机的性能指标GSM系统的基本参数:1)频段： 935-960MHz(基站发，下行) 890-915MHz(移动台发，上行)DCS1800: 1805-1815(BS→MS) 1710-1720(MS→BS)DCS系统以GSM为工作平台，仅改变了无线工作频率，故称为GSM900/1800系统。2)频带宽度：25MHz3)载波间隔：200KHz4)信道总速率：270.83Kbit/s5)调制方式：GMSK(高斯最小频移键控)6)数据速率：2.4,4.8,9.6Kbps第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)本文档共42页；当前第30页；编辑于星期三\18点13分307)通信方式：TDMA/FDMA/FDD25MHz频段分为125个频道(FDMA：FrequencyDivisionMultipleAccess—频分多址)；每个载波含8个时隙(TDMA：TimeDivisionMultipleAccess—时分多址)；一对双工载波各用一个时隙构成一个双向信道(FDD：FrequencyDivisionDuplex频分双工)。8)语音编码：RPE-LTP(规则脉冲激励长期预测编码)。速率13Kbps。20ms分段，分别进行：线性预测分析、长周期预测、激励分析，分别得到36,36,188比特，共260比特。第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)本文档共42页；当前第31页；编辑于星期三\18点13分319)信道编码：182个差错敏感比特＋3奇偶校验比特＋4尾比特→码率为1/2，约束长度为5的卷积码(182+3+4)2=378bit78个误差不敏感比特直接传输总码率=378+78=456bit为抗突发性干扰，还要进行交织处理，把40ms中的语音比特(2*456=912)组成8*114矩阵，按水平写入垂直读出的原则，获得8个114比特的信息段，占用一个时隙逐帧进行传输。收端按垂直写入水平读出的原则解交织(去交织)，恢复数据。第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)本文档共42页；当前第32页；编辑于星期三\18点13分321，发信机技术指标（1）平均载频功率（2）发信载频包络（3）射频功率控制（4）射频输出频谱（5）杂散辐射（6）互调衰减（7）相位误差（8）频率精度2，接收机指标（1）灵敏度（2）阻塞和杂散响应抑制（3）互调响应抑制（4）邻道干扰抑制（5）杂散辐射第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)本文档共42页；当前第33页；编辑于星期三\18点13分333，系统指标分配与计算对各功能单元电路的要求：（1）天线双工器的插入损耗必须小。（2）低噪声放大器必须具有很低的噪声、合适的增益、高的三阶互调截点及低的功耗。（3）混频器应有高的三阶互调截点及低的噪声。（4）频率合成器应有低的相位噪声、切换速度快。（5）滤波器的中心频率的热漂移要小、频率响应误差小。第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)本文档共42页；当前第34页；编辑于星期三\18点13分34第四章发送、接收机结构(ArchitectureofTransmitterandReceiver)