2通信射频电路_收发系统结构.ppt

1、第二章 无线通信收发系统结构(书中第四章),电子科技大学 游长江,无线通信系统基本模型,无线发信系统基本结构,无线收信系统基本结构,无线通信系统基本模型,4.1 概述,通信机基本结构,放大到足够的功率并发射,主要指标：频谱、功率、效率,射频发射机的基本组成及完成功能：,产生正弦载波,射频接收机的基本组成及完成的功能,设计接收机和发射机的射频部分时应解决的关键问题, 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, 接收机选出有用信道抑制干扰 难点已调信号载频高、信道窄, 接收机的灵敏度和线性动态范围, 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, 天线

2、收发转换器的损耗小，隔离性好,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,变频特点： 频率降低 频谱结构不变,4.2 接收机方案,1. 单次变频超外差接收机方案,（1） 为了解决选择性,措施：降低频率选信道,为什么要将接收到的射频频率降低？,（2）为使接收机达稳定的高增益,（3）在较低的固定中频上解调或A/D变换也相对容易,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,中频模块选信道、主增益级,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？,变频器引起的寄生通道干扰,当输入端伴有干扰信号时,输入端没有其它干扰

3、信号,组合频率 通过滤波器输出,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？,高中频和低中频的利弊,两者兼顾最佳方案超外差式二次混频方案,例1：GSM下行频段935-960MHz，若选fIF= 10MHz，试确定本振频率及干扰镜频范围。,低本振情况,解：高本振情况,fRF位于频段低端，fim位于频段内高端， fLO位于频段内。,fRF位于频段高端，fim位于频段内低端， fLO位于频段内。,从上可见,若选择fIF=10MHz,无论选择高本振或低本振时, fim都位于有用信道之内,无法用BPF1滤掉,成为干扰信号。,若增大fIF至70MHz，则采用高本振或低本振，镜频都不会进入通

4、信频段，故可用BPF1滤除掉,从而消除镜频干扰。,3.二次变频超外差接收机方案,三个滤波器的功能、中心频率与带宽,二次变频超外差接收机实例,4.2.2直接下变频方案（零中频方案）,方案特点：中频为,直接下变频方案存在的问题,1.本振泄露,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,3. 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,4. 噪声影响,（1）信道间隔离度差(频率窜透) RF= LO，大功率本振信号向天线端窜透，对附近邻信道通信造成干扰; 混频器各端口信号间相互窜透-自混频,造成输出信号直流漂移。,零中频(直接下变频)接收机缺点,（2）要

5、求LO与RF同频，且彼此之间的相位关系固定，从而需要载波提取与锁相同步。 （3）混频器应有较高的线性度。 （4）端口间隔离度要求高。,一种改进方案(宽带零中频接收机),借鉴二次外差式接收机抑制干扰能力强的特点，对零中频接收方案的改进,应用AFG（本振自锁相）克服了直流漂移问题。,另一种改进方案-低中频接收机,4.2.3 镜频抑制接收方案,特点：利用电路结构形式改变 , 抑制镜像频率干扰,输出抑制了镜像频率,实现镜频抑制的设计要求,利用带通信号移相/2 (Hilbert变换的正交滤波)特性,实现镜频抑制。,（1）两条变频支路特性完全一致(信号幅度、时延特性等); （2）两条变频支路输出信号精确正

6、交。,实现两条变频支路输出信号的精确正交,要求两条支路的电性能完全一致性,硬件实现较困难！,4.2.4 数字中频方案,优点：可避免I / Q两路的不一致,数字中频中频接收机设计要点,A. 注意ADC性能 （1）为抑制镜频干扰，则中频较高，要求ADC采样频率(速度)也很高; （2）ADC应有较高的分辨率（bit数大）和低的转换噪声; （3）ADC线性度要求高;,（4）ADC应有较大的动态范围; （5）ADC模拟带宽应满足第一中频的要求。,B. 注意DSP芯片性能 （1）运算速度; （2）运算字长; （3）稳定性等。,改进方案_全数字接收机(软件无线电接收机),AGC电路,接收机接收的信号电平起伏

7、很大，为得到稳定的中频输出，接收机前端中都有AGC ( Automatic Gain Control) 电路。,中放输出信号经幅度检测后与设定门限相比较，高过门限值控制放大器降低增益；反之，则控制放大器提高增益,从而保障输出中频信号幅度基本恒定。,AFC电路,中放输出经鉴频器将偏离中频的频差转换为电压，然后去控制本振频率减小差值，使中频频率恒定。有利于减小中频带宽，提高灵敏度与选择性;对零中频接收机则可减小DC漂移的影响。 AFC现在多为PLL所取代。,接收机接收的信号频率随时间变化，为得到稳定的恒定中频信号，接收机前端中有AFC ( Automatic Frequency Control)

8、电路。,4.3 发射机方案,1. 直接变换法,本振,缺点: 发射频率 本振频率，发射的强信号会影响本振源,调制和上变频合一 在发射频率上调制,改进,2. 二次变频法,优点: 较低频率处调制容易，正交两支路易一致,4.4无线发射接收机的性能指标,GSM系统的主要性能,（1）发射频率：移动台发送 890915MHZ 基站发送 935960MHZ,（6）信道比特率：42kbps,（2）双工间隔：45MHZ,（3）载波信道间隔：200KHZ,（4）多址方式：时分多址（TDMA）/频分多址（FDMA）,（5）调制方式：最小偏移调制（GMSK）,1.发信机技术指标,（6）互调衰减,2. 接收机指标,（1）

9、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,（1）灵敏度：静态102dBm，BER105 （仅列举一个数据） （2）阻塞： 113dBV （3）互调特性：70dBV（43dBm） （4）杂散抑制：70dBV （5）杂散发射：9KHZ1GHZ20nW（57dBm） 112.75GHZ20nW（47dBm）,3.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,c. 在选定了各模块的集成电路芯片后， 根据这些已定器件的指标验证整机的指标性能是否合格,RF电路集成化是当今技术发展的趋势和应用要求。 任何基本电路（如放大器、混频器等）当确定其性能优良和可靠，便很快有集成化产品诞生。 全球每天都有成百上千的新型RFIC问世，并迅速应用于移动通信等广阔市场。,4.5 集成化无线通信收/发系统,MC3363 集成FM接收机芯片,MC3363 集成FM接收机芯片内部结构,1个LNA、2个混频器、多级放大器、比较器、2个本振、解调器、静噪电路等。,LNA 工作到450MHz(VHF频段); 12dB输出信噪比时，输入灵敏度为0.