电子科技大学通信射频电路-无线通信收发系统结构-3-6.

电子科技大学1第一章无线通信收发机结构2.无线收信机结构及特点3.无线发信机结构及特点4.集成无线收发机结构及特点重点掌握无线通信收、发信机的典型结构，主要性能(指标)参数及应用要求。•本章内容1.无线收、发信机的性能指标参数电子科技大学&1.1无线收发机性能指标参数发信机射频前端功能及性能参数完成基带信号对中频载波的调制，将其上变频至特定的RF频段，对已调制的RF信号放大,以足够的功率馈入到天线,经天线有效地发射出去。超外差式发信机射频前端结构2功能主要性能参数①频谱纯度:减少它对相邻信道的干扰②发射功率:保证特定通信距离③系统效率:减少系统功耗电子科技大学3无线收信机射频前端功能及性能参数从复杂的电磁波谱中选择出微弱的有用信号，经下变频、放大后,解调出基带信号。功能超外差式收信机射频前端结构主要性能参数②灵敏度:保证特定通信距离和正确解调所要求的最小输入信号强度③动态范围:正确解调的输入信号变化范围①选择性:消除/减少干扰信号和寄生频率信号影响放大小信号过程中须做到低噪声，新引入的噪声将影响收信机的接收灵敏度。电子科技大学4无线收发机射频前端功能及指标参数典型无线收发机结构无线收发机射频前端功能①无线信息发射②无线信息接收半双工、全双工无线收发机工作方式主要性能参数①频谱纯度②发射功率③系统效率④选择性⑤灵敏度⑥动态范围对于收发一体机，当其共用/复用天线时，收发信道必须有良好的隔离度。电子科技大学5&1.2无线收信机结构及特点1.超外差式接收机(单次变频、两次变频)2.零中频接收机3.低中频接收机4.镜频抑制接收机5.全数字接收机收信机的主要结构及特点单次变频超外差式接收机LNA本振(LO)BPF(2)IFAmpBPF(3)解调BPF(1)RFIFRFLOLO单次变频超外差式接收机结构框图超外差原理由E.H.阿姆斯特朗于1918年提出!电子科技大学61.BPF1作频带选择,BPF2作信道选择,实现了频带选择和信道的分离;2.合理分配了系统增益,降低了RFLNA的增益要求,使RFLNA稳定性好.3.在较低固定中频上放大，ADC和解调较容易。单次变频超外差式接收机结构特点LNA本振(LO)BPF2IFAmpBPF3解调BPF1RFIFRFLOLO单次变频超外差式接收机结构框图电子科技大学7单次变频超外差式接收机结构缺点1.存在组合干扰(寄生通道干扰)混频器非线性导致产生各种组合频率信号若组合频率分量落在中频带宽内,即形成干扰信号。解决方法:减小混频器非线性电子科技大学8单次变频超外差式接收机结构缺点（续）2.存在镜像频率信号干扰镜像频率“镜频干扰”的产生有用的射频信号和镜像频率信号经过下变频后，频谱交叠在一起，无法用中频滤波器将干扰信号的频率滤除，这样会降低中频输出的信噪比。电子科技大学9ƒI=455kHzƒI低放滤波中放解调混频本振LO预选器ƒR（MHz）ƒƒ2ƒ114.09ƒR14.545ƒL15.00ƒIMƒLO喇叭A电台：14.09MHz100WB电台：15.00MHz10kWƒIM=ƒR+2ƒI预选器频响曲线例：一个单次变频超外差式接收机的镜像干扰问题解决方法:阻止镜像频率信号进入下变频器1.使用镜频抑制滤波器：fIF=orBW60dB/42.选择高中频:将导致信道选择性变差电子科技大学10例：GSM下行频段935-960MHz，若选fIF=10MHz，试确定本振频率及干扰镜频频段。945~9702955~980LORFIFimRFIFfffMHzfffMHz低本振情况925~9502915~940LORFIFimRFIFfffMHzfffMHz解：高本振情况fRF位于频段低端，fim位于频段内高端。fRF位于频段高端，fim位于频段内低端。电子科技大学11从上可见选择fIF=10MHz,无论选择高本振或低本振时,fim都位于有用频带之内,无法用BPF1滤掉,成为干扰信号!若fIF增大至70MHz，则采用高本振或低本振，镜频都不会进入通信射频频段，故可用BPF1滤除掉,从而消除镜频干扰。下行频段935-960MHz（频带宽度：25MHz）上行频段890-915MHz（频带宽度：25MHz）fI=22.5MHz（普遍采用）BW=200KHz(信道带宽）收发双工间隔:45MHz多址方式:FDMA/TDMAGSM移动通信系统特点电子科技大学12单次变频超外差式接收机结构适用于信号载频远高于中频频率的情况,存在选择性和灵敏度之间矛盾。一个典型的GSM手机收发系统框图终端信源RTƒRLNAƒIRIFAADCDSPIFADSPADCƒIRRFOSCƒICƒLƒIR=ƒR-ƒL下/上变频ƒR=935-960MHzƒC=890-915MHzƒL=912.5-937.5MHzƒC=ƒIC+ƒLƒCPAƒIC电子科技大学13DCS1800/PCS1900单次变频采样接收机实现方案电子科技大学14二次变频超外差式接收机1IF2IFRF1IF1LOLNA本振1(LO1)BPF(2)IF1Amp(1)BPF(3)解调BPF(1)本振2(LO2)IF2Amp(2)2LO1.第一中频高有利于镜频抑制，频带选择性好;2.第二中频低有利于IFA稳定性，降低解调器技术要求。二次变频超外差式接收机特点二次变频超外差式接收机结构框图电子科技大学15CDMA-21002次变频中频采样接收机实现方案电子科技大学161.第一中频ωIF1尽量高以便于抑制镜像干扰。2.第二中频ωIF2尽量低以便于抑制邻道干扰（信道选择性好），降低解调器技术难度。3.信道增益的大部分由IFA2完成。二次变频超外差式接收机设计原则电子科技大学171.结构简单。2.ωLO=ωRF，从而将调制的RF信号直接变频到基带信号，不存在镜像干扰;零中频接收机特点零中频(直接下变频)接收机BPFLNA本振π/2LPFLPF限幅检测限幅检测零中频接收机结构框图电子科技大学181.信道间隔离度差(频率窜透)ωRF=ωLO，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(本振泄漏);零中频接收机缺点2.自混频,造成输出信号直流漂移低噪放CBXA低通滤波器模数转换cosωLOt本振泄漏CBXA低通滤波器模数转换cosωLOt强干扰泄漏低噪放（a）（b）自混频产生的直流漂移机制电子科技大学193.1/f噪声效应严重4.存在LNA偶次谐波失真干扰零中频接收机缺点（续）1.保证ωLO与ωRF同频，且彼此之间的相位关系固定，需要载波提取与锁相同步。2.混频器应有较高的线性度。3.端口间隔离度要求高。零中频接收机设计原则电子科技大学20低中频接收机方案LNA本振(LO)BPF(2)LFAmpBPF(3)解调BPF(1)RF0IFRFLOLO低中频接收机特点1.类似一次变频接收机，fIF低，可用交流耦合；2.端口间隔离度能够做得高。电子科技大学21镜频抑制接收机（Hartley接收机）Hartley镜频抑制接收机()RFVt()AVt()BVt()CVtBPFLNA本振π/2BPF2BPF2π/2()cos()cosRFRFRFimimimVtVtVtVt利用带通信号移相π/2(Hilbert变换的正交滤波)特性,实现镜频抑制。电子科技大学22镜频抑制接收机设计原则0,0LORFLOim()cos()cos()22()()()cos()imRFCLORFLOimIFCBRFLORFVVVtttVtVtVtVt1.两条变频支路特性完全一致(信号幅度、增益、时延特性等);2.两条变频支路输出信号精确正交。()sin()sin()22()cos()cos()22imRFALORFLOimimRFBLORFLOimVVVtttVVVttt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！电子科技大学23Weaver镜频抑制接收机框图镜频抑制接收机（Weaver接收机）Weaver结构镜频抑制接收机频谱搬移过程电子科技大学24BPF1LNA本振-п/2BPF3BPF3ADCADC本振LO1BPF2ADCDSPChip数字中频接收机将第二次变频数字化，避免了实现两路模拟信道一致性的困难。数字中频接收机框图数字中频接收机设计原则1.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)也很高电子科技大学25②ADC应有较高的分辨率（bit数大）和低的转换噪声;③ADC线性度要求高;④ADC应有较大的动态范围;⑤ADC模拟带宽应满足第一中频的要求。数字中频接收机设计原则（续）2.DSP性能①运算速度;②运算字长;③稳定性等。电子科技大学26CDMA2000-850MHz2次变频接收机实现方案电子科技大学27全数字接收机(软件无线电接收机)BPFLNA本振-п/2BPFBPFADCADCADCDSPChip全数字接收机框图接收机RF前端设计考虑选择性考虑1.选出有用信号(较容易);2.抑制干扰和无用信号(困难)。电子科技大学28900MHzGSM通信，信道间隔200KHz，要求选频滤波器要有较高Q值。若中频选取不当，很难抑制镜像干扰！灵敏度考虑1.接收微弱信号的能力;2.线性动态范围。空间信号不但微弱，而且路径多样性，其信号大小起伏变化。接收机RF前端设计考虑（续）电子科技大学29直接调制发射机调制和上变频合二为一的发射机BPFPA本振1(LO1)BB1.直接调制发射机2.间接调制发射机&1.3无线发信机结构及特点直接调制发射机框图发信机的主要结构电子科技大学301.结构简单;2.收/发同机时发射开断切换,PA工作状态会对LO产生负载牵引-改进方法(两VCO);3.调制信号带宽及发射频谱特性不易控制,发射信号容易干扰其他信道。直接调制发射机特点电子科技大学31GSM850MHz直接调制发射机实现方案电子科技大学32直接调制发射机为早期经典发射系统方案,主要用于AM、ASK等简单调制方式通信,要求线性功放,导致发射效率低，可能发生频率牵引，邻道抑制不好等缺点而少见应用。近年来随着技术的进步，复杂调制方式已能直接由LO产生，使这种方案焕发新春。直接调制发射机特点（续）RFID应用的直接调制（BPSK）收发机框图电子科技大学33IQ信源处理DSPLOп/2PA匹配网络直接调制数字发射机直接调制数字发射机特点1.无镜像干扰,无中频干扰;2.难以消除载漏,本振牵引现象;3.两路电特性不一致时达不到预期效果。直接调制数字发射机框图电子科技大学34间接调制发射机间接调制发射机特点1.克服直接调制发射机的缺点(负载牵引,效率不高,etal);2.两次上变频降低了滤波器要求，益于调制;IQ信源处理DSPIFLOп/2IFA上变频RFPRFLOPA间接调制发射机框图调制和上变频分开的发射机-在较低中频上完成信号调制,再将已调信号上变频至RF频段。电子科技大学353.存在变频组合干扰;4.结构复杂。间接调制数字发射中增加了一个中频，两路正交调制(I/Q)支路电特性易于做到一致。PCS1800MHz间接调制发射机实现方案电子科技大学36发信机RF前端设计考虑1.频谱纯度(IMn,ACPR)必须满足ITU频谱管理规定及通信标准，避免对其他信道的干扰。TD-SCDMA(2.01-2.025GHz)的输出频谱辐射模板和杂散辐射指标要求测试条件：三载波总输出功率＝30dBm/1.28Mcps单码道TDD信号辐射模板指标要求分辨率带宽0.815MHzf_offset1.015MHz-23dBm30kHz1.015MHzf_offset1.815MHz-27dBm30kHz1.815MHzf_offset2.3MHz-31dBm30kHz2.3MHzf_offset-16dBm1MHz电子科技大学37系统效率包括:（1）功率放大器的效