射频子系统基本原理介绍
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x(dB) 10 lg( x1 ) x2
如果x1=10W，x2=5W，则x1比x2大3dB dBm 表示dB毫瓦，是绝对功率单位
x(dBm) 10lg( p ) 1mW
2.GSM频谱规划
GSM工作在900MHz频段、1800MHz、 1900MHz频段，具体频谱划分如下表
下行 上行
总结
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. 我们目前手机的射频电路基本结构 3. 手机在开机、主叫和被叫情况下与基站
接续的一些流程
思考题
1. 假设手机的发射功率为100mW，请将其换 算为dBm
2. 手机整机灵敏度通常受哪些因素影响 3. 手机射频单元由哪几部分构成 4. 手机内置天线主要有哪几种类型 5. 简述手机开机流程
手机天线分为外置天线和内置天线 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
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
搜索广播信道 进行频率校对和同步时序 读取基站识别码 位置更新 鉴权
低噪声 放大
第一次 变频
中频 滤波
可变增 益放大
I
第二次 变频
Q
零中频变频
优点：结构简单，便于集成，成本低 缺点：存在直流漂移干扰问题
RF 输入 带 通 滤 波
低噪声 放大
变频
低通 滤波
I
可变增 益放大
Q
数字低中频变频
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
放大
来自射频本振 锁相环
频段选 择
第二次 变频
时钟与锁相 电路
去发射变频器
射频本振 锁相环
低通滤 波
I
第一次 变频
Q
中频本振 锁相环
时钟频率选择
13MHz 或 26MHz 输入
时钟驱动放大
13MHz to BB
差分射频 输入
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
cos f 0
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：结构复杂，不便于集成，成本高
RF 输入 带 通 滤 波
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
整机灵敏度是描述手机整机接收信号能力的 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
I
数模转 换
Q
Si4205原理示意图
2.功率放大器 RF3146
功率放大器用于将transceiver输出的射频信号 放大
3.前端模块（FEM）HWXP541
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
4.天线单元
2.手机发起主叫
手机向基站发送接入请求 基站响应请求 移动台与基站交换控制信息 分配业务信道 发送和接收语音数据
3.手机被叫
手机收到来自基站的寻呼信号 手机发送接入请求 基站发送允许接入应答 手机与基站交换控制信息 分配业务信道 手机发送和接收语音数据
GSM 880~915MHz 925~960MHz
绝 对 频 道 号 0~124/975~1023
收发间隔
45MHz
DCS 1710~1785MHz 1805~1880MHz 512~885 95MHz
PCS 1850~1910 MHz 1930~1990 MHz 512～810 MHz 80 MHz
e
内容概述
一.基本概念 二.手机射频单元基本构成 三.手机与基站接续流程简介
一.基本概念
1. dB、dBm 2. GSM频谱规划 3. 物理信道 4. 变频 5. 噪声与杂散 6. 信噪比 7. 参考灵敏度、耦合灵敏度
1. dB、dBm
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
二. 手机射频单元基本构成
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
RF3146
ABB
GSM I
Q
射频功率放 大器
DCS/PCS
GSM
DCS/PCS
收发信单元
GSM 射频滤 波
DCS/PCS
GSM
射频开
关
DCS/PCS
本振发生
Si4205
Si4205，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。
SI4205内部结构框图
GSM 射频 信号
放大
DCS 射频 信号
缺点： 对变频器要求较高
RF 输入 带 通 滤 波
低噪声 放大
变频
低通 滤波
可变增 益放大
Hale Waihona Puke 模数转 换数字变频
数字滤波
I 数模 转换
Q
5.噪声与杂散
噪声和杂散是电子系统存在的干扰的两 种表现形式
噪声频谱是连续的，是无法完全消除的
杂散频谱是非连续的，是可以消除的
P(dBm)
杂散
噪声
f(MHz)
13MHz to BB 时钟驱动
Transceiver Si4205
13MH 晶振
AFC
FEM HWXP541
1.收发信单元
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。
发信单元完成对基带信号的上变频、滤波、放 大。
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。
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
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
cos f1
(1 / 2) cos f1 f 0 cos f1 f 0
3. 物理信道
物理信道＝时隙＋频道
TDMA and FDMA
Physical Channel is an ARFCN and Timeslot
Amplitude
4
12
34
5
6
7
6
5 4 Timeslot 3
2
1
Frequency
0
ARFCN
控制信道和业务信道
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。
发射电路上重点抑制杂散 接收电路上重点抑制噪声
6.信噪比
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
如果x1=10W，x2=5W，则x1比x2大3dB dBm 表示dB毫瓦，是绝对功率单位
x(dBm) 10lg( p ) 1mW
2.GSM频谱规划
GSM工作在900MHz频段、1800MHz、 1900MHz频段，具体频谱划分如下表
下行 上行
总结
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. 我们目前手机的射频电路基本结构 3. 手机在开机、主叫和被叫情况下与基站
接续的一些流程
思考题
1. 假设手机的发射功率为100mW，请将其换 算为dBm
2. 手机整机灵敏度通常受哪些因素影响 3. 手机射频单元由哪几部分构成 4. 手机内置天线主要有哪几种类型 5. 简述手机开机流程
手机天线分为外置天线和内置天线 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
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
搜索广播信道 进行频率校对和同步时序 读取基站识别码 位置更新 鉴权
低噪声 放大
第一次 变频
中频 滤波
可变增 益放大
I
第二次 变频
Q
零中频变频
优点：结构简单，便于集成，成本低 缺点：存在直流漂移干扰问题
RF 输入 带 通 滤 波
低噪声 放大
变频
低通 滤波
I
可变增 益放大
Q
数字低中频变频
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
放大
来自射频本振 锁相环
频段选 择
第二次 变频
时钟与锁相 电路
去发射变频器
射频本振 锁相环
低通滤 波
I
第一次 变频
Q
中频本振 锁相环
时钟频率选择
13MHz 或 26MHz 输入
时钟驱动放大
13MHz to BB
差分射频 输入
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
cos f 0
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：结构复杂，不便于集成，成本高
RF 输入 带 通 滤 波
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
整机灵敏度是描述手机整机接收信号能力的 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
I
数模转 换
Q
Si4205原理示意图
2.功率放大器 RF3146
功率放大器用于将transceiver输出的射频信号 放大
3.前端模块（FEM）HWXP541
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
4.天线单元
2.手机发起主叫
手机向基站发送接入请求 基站响应请求 移动台与基站交换控制信息 分配业务信道 发送和接收语音数据
3.手机被叫
手机收到来自基站的寻呼信号 手机发送接入请求 基站发送允许接入应答 手机与基站交换控制信息 分配业务信道 手机发送和接收语音数据
GSM 880~915MHz 925~960MHz
绝 对 频 道 号 0~124/975~1023
收发间隔
45MHz
DCS 1710~1785MHz 1805~1880MHz 512~885 95MHz
PCS 1850~1910 MHz 1930~1990 MHz 512～810 MHz 80 MHz
e
内容概述
一.基本概念 二.手机射频单元基本构成 三.手机与基站接续流程简介
一.基本概念
1. dB、dBm 2. GSM频谱规划 3. 物理信道 4. 变频 5. 噪声与杂散 6. 信噪比 7. 参考灵敏度、耦合灵敏度
1. dB、dBm
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
二. 手机射频单元基本构成
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
RF3146
ABB
GSM I
Q
射频功率放 大器
DCS/PCS
GSM
DCS/PCS
收发信单元
GSM 射频滤 波
DCS/PCS
GSM
射频开
关
DCS/PCS
本振发生
Si4205
Si4205，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。
SI4205内部结构框图
GSM 射频 信号
放大
DCS 射频 信号
缺点： 对变频器要求较高
RF 输入 带 通 滤 波
低噪声 放大
变频
低通 滤波
可变增 益放大
Hale Waihona Puke 模数转 换数字变频
数字滤波
I 数模 转换
Q
5.噪声与杂散
噪声和杂散是电子系统存在的干扰的两 种表现形式
噪声频谱是连续的，是无法完全消除的
杂散频谱是非连续的，是可以消除的
P(dBm)
杂散
噪声
f(MHz)
13MHz to BB 时钟驱动
Transceiver Si4205
13MH 晶振
AFC
FEM HWXP541
1.收发信单元
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。
发信单元完成对基带信号的上变频、滤波、放 大。
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。
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
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
cos f1
(1 / 2) cos f1 f 0 cos f1 f 0
3. 物理信道
物理信道＝时隙＋频道
TDMA and FDMA
Physical Channel is an ARFCN and Timeslot
Amplitude
4
12
34
5
6
7
6
5 4 Timeslot 3
2
1
Frequency
0
ARFCN
控制信道和业务信道
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。
发射电路上重点抑制杂散 接收电路上重点抑制噪声
6.信噪比
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