射频技术射频链路
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POU TPINGT
POU T PING1G2G3L 0dBm 2d3B 2d3B 2d3B 3dB 6d 6B,m o r3981W
P OU P I T G N L 1 G 2 G 3 1 m 2 W 2 0 20 0 20 0 40 0 W 00
射频技术
SKLMMW
几路典型收/发机原理框图
射频技术
SKLMMW
几路典型收/发机原理框图
直接调制发射机原理框图 超外差发射接收机原理框图 数字中频发射机原理框图 超外差射频接收机原理框图 零中频射频接收机原理框图 数字中频接收机原理框图
射频技术
SKLMMW
(I)直接调制发射机原理框图
I
sinωc cosωc
Q
BPF
PA
优点：构造简单，器件少，本钱低； 缺点：I/Q相位的幅度和相位不平衡不易调节，易造成
A类放大器具有最好的线性，但效率过低。A类放大器的偏置使其工 作在线性区域的中间局部，RF信号不可能超出到非线性区域。但由于 其效率低下，A类放大器一般防止使用。此外还有AB类，B类，C类偏 置放大器，这些放大器通过使放大器工作在更接近截止电流的工作点 上到达较高的效率。
射频技术
SKLMMW
功放的非线性-理想线性特性
数字调 制器
DAC
IF BPF
RF BPF
PA
LO
优点：调制精度高，射频电路设计简单；
缺点：对基带要求较高，目前本钱较高，功耗大。
射频技术
SKLMMW
(IV)超外差射频接收机原理框图
RF BPF
LNA
IMG REJ Filter
RFLO
IF BPF
AMP
0/90
LPF
LPF Demod
IFLO
I
ADC
链路余量与可用率
pp.201?数字通信-根底与应用 ?〔二版〕B. Skalar
射频技术
SKLMMW
一个实例-卫星链路预算
射频技术
SKLMMW
射频技术
SKLMMW
课堂作业
试分配各项参数如下：
EIRP设为 45dBm。Gr = 30dB。 对于4QAM或QPSK 方式, (Eb/n0)req =10.5dB〔BER=1e-6〕, R=76.2dB〔 即在28MHz带内具有42Mbits/s的信号码率，频带效率 1.5bits/s，升余滚降系数0.33)。k= -198.6dBm/k-Hz, Ls=134.4dB(5km, 25GHz), L0暂不考虑。, T0=27.1dBK〔即509K，其中天线噪声温度取150K, 接 收机噪声系数3.5dB或噪声温度359K〕。
➢ 相位噪声 ：-130dBc/Hz@1MHz (RF LO)；
➢
-100dBc/Hz@100kHz(IF LO)；
➢ I/Q输出阻抗幅度：600mV(高阻)
射频技术
SKLMMW
VI.WCDMA终端射频发射机指标
➢ 最大发射功率：30dBm;
➢ 最小发射功率：-30dBm;
➢ 功率控制动态范围：>50dB；
射频技术
SKLMMW
WCDMA接收机阻塞模板
射频技术
SKLMMW
V.WCDMA终端射频接收机指标
➢ 接收灵敏度：-125dBm；
➢ 邻道选择性：-93dBm(SF=128、BER=0.001、
➢
-41dBm@5MHz〕；
➢ 阻塞特性：-104dBm〔SF=128、BER=0.001、
➢
点频-46dBm@10MHz、谱-46dBm@20MHz〕
射频接收机的灵敏度主要由噪声系数、解调精度和接口 匹配决定。
射频技术
SKLMMW
E bN t P m iP nno N i sF e
解调门限
P n o 1 i ls o K 0 e 0 ) g 1 T lo ( B 0 ) g 1 W ( d (7 ) B 1 4 lo B 0 m )g
由于接收机内部噪声的参加，会使得输出端的 信号噪声比降低，所以噪声系数Ｆ值一定大于１， 而噪声指数NF值那么大于0dB
射频技术
SKLMMW
NF
Psi Pso
Pni Pno
输入端信噪比 输出端信噪比
NF(dB)10lgPPssoi
Pni Pno
射频技术
SKLMMW
噪声系数级连公式
0/90
LPF
RF BPF
射频技术
SKLMMW
III.混频器
射频技术
SKLMMW
混频器频谱分析
射频技术
SKLMMW
射频电路镜频抑制
射频技术
SKLMMW
典型混频器的指标
射频技术
SKLMMW
混频器的非线性失真
射频成器
•频率合成器在通信系统中的应用
射频技术
SKLMMW
锁相式频率合成器原理框图
Pout
PA ei(t)
A
eo (t )
Pin
理想线性放大器
K1A
f0
f
射频技术
f0
f
SKLMMW
非线性放大器典型现象
PA
vei
(
i
(t
)t
)
v eo (ot () t )
AA i
Pout
Pin 非线性功率放大器
增益压缩
f0
f
射频技术
0 f0 2 f0 3 f0 4 f0 f
SKLMMW
输入
1 2
E b N 0E b N tG P
P m in 1(7 d4 B ) 1m l0 oB g)W (N F E bN t 1.0 1 8 5 N F E bN t
NF6.15dB
射频技术
SKLMMW
WCDMA接收灵敏度示意图
射频技术
SKLMMW
III.邻道选择性
P s P l A C E bN S t
2 2.4 4
6
8
射频技术
SKLMMW
线性化-负反响法
射频技术
SKLMMW
线性化-预失真法
射频预失真
射频技术
基带预失真
SKLMMW
线性化-前馈法
射频技术
SKLMMW
射频电路的典型性能
射频技术
SKLMMW
射频电路的典型性能
调制、解调精度 接收机灵敏度 邻道选择性 阻塞特性分析 WCDMA终端射频接收机指标 WCDMA终端射频发射机指标
LNA
IMG REJ Filter
RFLO
IF BPF
AMP
LPF Demod
IFLO
Fcasc aF d1eFG 2 11F G 31G 2 1 G1G F 2i 1 Gi1 NcF asc a1 del0oF gcascade
I
ADC
Q
ADC
F R R c F e iF v B e P rF G L F B N 1 P A G F F B BG 2 P P L 1 F F N G B A F M G P LG F I N B 1 X 2 A P E G F R BG P L F G F iN B 1 2 A P G F i 1 N R R F c F e i1 vle0 o r F R R g c F ei v er
Q
ADC
射频技术
SKLMMW
(V)零中频射频接收机原理框图
RF BPF
LNA
LPF 0/90
LPF LO
I
ADC
Q
ADC
射频技术
SKLMMW
(VI)数字中频接收机原理框图
RFBPF LNA
BPF
BPF
AM P
LO
ADC
混 频 器
数 字 低 通 滤 波 器
数 字 本 地 振 荡 器
DSP (解 调 器 )
IF BPF
VGA
RFLO
0/90
LPF
LPF Demod
IFLO
0/90
LPF
Up
PA
RF BPF Convert
IF BPF IF AMP
LPF
Mod
I
ADC
Q
ADC
I
DAC
Q
DAC
射频技术
SKLMMW
II.低噪声放大器
描述一个系统〔如接收机〕内部噪声大小，可以用噪声 系数〔NoiseFactor〕F来表示，或者取其对数值，变成 噪声指数〔NoiseFigure〕ＮＦ。
➢ 占用带宽：<5MHz；
➢ 矢量误差幅度〔EVM〕：<17.5%；
➢ 邻道泄露功率比〔ACLR〕：45dB(5MHz)；
➢
50dB(10MHz)
➢ 带外辐射特性：
射频技术
SKLMMW
一种简单链路预算方法
M(dB)EIRP(dBW或dBmW)Gr(dB) N Eb0(dB)R(dBbps) KT0(dBW/Hz或dBmW/Hz)Ls(dB)L0(dB)
射频技术
———射频链路
分贝的概念
分贝(dB)
(dB)10log(P/P r) (dB)20log(V/Vr)
功率〔dBm〕
射频技术
SKLMMW
•增益与衰减(dB)
Gain=200 or 23dB
射频技术
IL=0.5 or 3dB
SKLMMW
G T G 1 G 2 G 3 L 1 L 2 L 3
Fref 分频器 （R）
鉴相器
低通 滤波器
电压控制 Fout 振荡器
分频器 （N）
F R refFN OU T FOU TN RFref
射频技术
SKLMMW
频率合成器的相位噪声
射频技术
SKLMMW
射频技术
SKLMMW
V.WCDMA功率放大器
功率放大器是现代通信系统中非常重要的组成局部，收发端的线性 放大和频率变换是保证能够正确解调数字调制信号的必要条件。现在 通信系统均采用了QPSK,64QAM等线性调制技术，这些调制方法对功 放的非线性特性非常敏感，因而对放大器有更高的线性要求，以防止 对邻近信道的干扰，保证调制的窄带特性。设计具有高度线性的宽带 功率放大器显得十分必要。
带外阻塞指标决定了接收机抵御其他系统干扰的能力， 它决定于接收机的预选滤波器特性。LO相位噪声的相 互混频也会影响其阻塞效果。故带外阻塞指标主要由链 路的线性、滤波特性和本振的相位噪声共同影响。
射频技术
SKLMMW
在有强干扰时，本振对相噪对信号的影响
协议中讨论双音阻塞指标时提到在偏离信号10MHz处存在点频 信号-46dBm，此时信号电平为-114dBm。那么有倒易混频公式， 容易计算出本振在偏离中心10MHz处，分辨率带宽取3.84MHz时， 相位噪声应低于-125dBc/Hz。
射频技术
SKLMMW
I.调制、解调精度
在无线通信系统中，通常用矢量调制误差〔EVM〕 来表征调制器和解调器的精度。
矢量调制误差〔EVM〕是衡量接收机解调特性的一 个重要指标。WCDMA终端技术协议给出了EVM指标的 定义：
设接收机在一个时隙T内的输出波形为V(t),0<t<T， 而理想输出波形应为S(t)，0<t<T，那么EVM可表示为
射频前段可 接收的最小电平
允许邻道 干扰的最大电平
解调门限
A P C l P s S E bN t 4 9 1 2 3 2 3 d9 B 中频声外表波滤波器的邻道抑制>29dB
射频技术
SKLMMW
IV.阻塞特性分析
带内阻塞是指在有用信号功率为-104dBm，阻塞点频信 号功率为-46dBm〔偏离10MHz〕以及阻塞谱信号为46dBm〔偏离20MHz〕时，误码率小于0.001。该指标 对接收机前端的非线性和射频本振〔RF LO〕的相位噪 声都提出了较高的要求。。
较大的载波泄漏和边带泄漏
射频技术
SKLMMW
(II)超外差发射机原理框图
I
sinω1t
cosω1t
Q
IF BPF
RF BPF
PA
LO
优点：低频调制器具有更好的幅频特性；功放和本振有 很好的隔离；
缺点：所需元件多，增加噪声，增加发射机的复杂度、 体积、功耗和本钱。
射频技术
SKLMMW
(III)数字中频发射机原理图
射频技术
SKLMMW
射频电路的典型单元
射频技术
SKLMMW
射频电路的典型单元
WCDMA移动终端收发信机框图超外差发射 机原理框图
低噪声放大器 混频器 频率合成器 WCDMA功率放大器
射频技术
SKLMMW
I.WCDMA移动终端收发信机框图
Duplexer
LNA
IMG REJ Down Filter Convert
EVM2 T0VtSt2dt T0V2(t)dt
射频技术
SKLMMW
影响接收机EVM指标的主要因素有
1.正交解调器移相误差，即I、Q相位不平衡； 2.正交解调器幅度误差，即I、Q幅度不平衡； 3.通道滤波器幅频特性失真； 4.通道滤波器相频特性失真； 5.本振相位噪声的影响； 6.非线性产物的影响；
射频技术
SKLMMW
射频技术
SKLMMW
射频技术
SKLMMW
射频技术
SKLMMW
增益误差导致EVM恶化
射频技术
SKLMMW
II.接收机灵敏度指标分析：
灵敏度是衡量接收机在一定条件下能够接收弱信号 的能力，它与诸多因素有关。例如，在不同的误码率、 信噪比等条件及不同的接收环境〔静态、多径信道模型〕 情况下灵敏度概念和数值可能各不一样。
输出
1 2 212 22 1
3 1 32
21 2 22 1
射频技术
SKLMMW
功放非线性-导致频谱扩展
射频技术
SKLMMW
线性化-功率回退法
output power (dBm)
22
20.25
20
19.25
18
16
14
12
10 -8
-6
-4
-2
0
input power (dBm)
1dB compression point
POU T PING1G2G3L 0dBm 2d3B 2d3B 2d3B 3dB 6d 6B,m o r3981W
P OU P I T G N L 1 G 2 G 3 1 m 2 W 2 0 20 0 20 0 40 0 W 00
射频技术
SKLMMW
几路典型收/发机原理框图
射频技术
SKLMMW
几路典型收/发机原理框图
直接调制发射机原理框图 超外差发射接收机原理框图 数字中频发射机原理框图 超外差射频接收机原理框图 零中频射频接收机原理框图 数字中频接收机原理框图
射频技术
SKLMMW
(I)直接调制发射机原理框图
I
sinωc cosωc
Q
BPF
PA
优点：构造简单，器件少，本钱低； 缺点：I/Q相位的幅度和相位不平衡不易调节，易造成
A类放大器具有最好的线性，但效率过低。A类放大器的偏置使其工 作在线性区域的中间局部，RF信号不可能超出到非线性区域。但由于 其效率低下，A类放大器一般防止使用。此外还有AB类，B类，C类偏 置放大器，这些放大器通过使放大器工作在更接近截止电流的工作点 上到达较高的效率。
射频技术
SKLMMW
功放的非线性-理想线性特性
数字调 制器
DAC
IF BPF
RF BPF
PA
LO
优点：调制精度高，射频电路设计简单；
缺点：对基带要求较高，目前本钱较高，功耗大。
射频技术
SKLMMW
(IV)超外差射频接收机原理框图
RF BPF
LNA
IMG REJ Filter
RFLO
IF BPF
AMP
0/90
LPF
LPF Demod
IFLO
I
ADC
链路余量与可用率
pp.201?数字通信-根底与应用 ?〔二版〕B. Skalar
射频技术
SKLMMW
一个实例-卫星链路预算
射频技术
SKLMMW
射频技术
SKLMMW
课堂作业
试分配各项参数如下：
EIRP设为 45dBm。Gr = 30dB。 对于4QAM或QPSK 方式, (Eb/n0)req =10.5dB〔BER=1e-6〕, R=76.2dB〔 即在28MHz带内具有42Mbits/s的信号码率，频带效率 1.5bits/s，升余滚降系数0.33)。k= -198.6dBm/k-Hz, Ls=134.4dB(5km, 25GHz), L0暂不考虑。, T0=27.1dBK〔即509K，其中天线噪声温度取150K, 接 收机噪声系数3.5dB或噪声温度359K〕。
➢ 相位噪声 ：-130dBc/Hz@1MHz (RF LO)；
➢
-100dBc/Hz@100kHz(IF LO)；
➢ I/Q输出阻抗幅度：600mV(高阻)
射频技术
SKLMMW
VI.WCDMA终端射频发射机指标
➢ 最大发射功率：30dBm;
➢ 最小发射功率：-30dBm;
➢ 功率控制动态范围：>50dB；
射频技术
SKLMMW
WCDMA接收机阻塞模板
射频技术
SKLMMW
V.WCDMA终端射频接收机指标
➢ 接收灵敏度：-125dBm；
➢ 邻道选择性：-93dBm(SF=128、BER=0.001、
➢
-41dBm@5MHz〕；
➢ 阻塞特性：-104dBm〔SF=128、BER=0.001、
➢
点频-46dBm@10MHz、谱-46dBm@20MHz〕
射频接收机的灵敏度主要由噪声系数、解调精度和接口 匹配决定。
射频技术
SKLMMW
E bN t P m iP nno N i sF e
解调门限
P n o 1 i ls o K 0 e 0 ) g 1 T lo ( B 0 ) g 1 W ( d (7 ) B 1 4 lo B 0 m )g
由于接收机内部噪声的参加，会使得输出端的 信号噪声比降低，所以噪声系数Ｆ值一定大于１， 而噪声指数NF值那么大于0dB
射频技术
SKLMMW
NF
Psi Pso
Pni Pno
输入端信噪比 输出端信噪比
NF(dB)10lgPPssoi
Pni Pno
射频技术
SKLMMW
噪声系数级连公式
0/90
LPF
RF BPF
射频技术
SKLMMW
III.混频器
射频技术
SKLMMW
混频器频谱分析
射频技术
SKLMMW
射频电路镜频抑制
射频技术
SKLMMW
典型混频器的指标
射频技术
SKLMMW
混频器的非线性失真
射频成器
•频率合成器在通信系统中的应用
射频技术
SKLMMW
锁相式频率合成器原理框图
Pout
PA ei(t)
A
eo (t )
Pin
理想线性放大器
K1A
f0
f
射频技术
f0
f
SKLMMW
非线性放大器典型现象
PA
vei
(
i
(t
)t
)
v eo (ot () t )
AA i
Pout
Pin 非线性功率放大器
增益压缩
f0
f
射频技术
0 f0 2 f0 3 f0 4 f0 f
SKLMMW
输入
1 2
E b N 0E b N tG P
P m in 1(7 d4 B ) 1m l0 oB g)W (N F E bN t 1.0 1 8 5 N F E bN t
NF6.15dB
射频技术
SKLMMW
WCDMA接收灵敏度示意图
射频技术
SKLMMW
III.邻道选择性
P s P l A C E bN S t
2 2.4 4
6
8
射频技术
SKLMMW
线性化-负反响法
射频技术
SKLMMW
线性化-预失真法
射频预失真
射频技术
基带预失真
SKLMMW
线性化-前馈法
射频技术
SKLMMW
射频电路的典型性能
射频技术
SKLMMW
射频电路的典型性能
调制、解调精度 接收机灵敏度 邻道选择性 阻塞特性分析 WCDMA终端射频接收机指标 WCDMA终端射频发射机指标
LNA
IMG REJ Filter
RFLO
IF BPF
AMP
LPF Demod
IFLO
Fcasc aF d1eFG 2 11F G 31G 2 1 G1G F 2i 1 Gi1 NcF asc a1 del0oF gcascade
I
ADC
Q
ADC
F R R c F e iF v B e P rF G L F B N 1 P A G F F B BG 2 P P L 1 F F N G B A F M G P LG F I N B 1 X 2 A P E G F R BG P L F G F iN B 1 2 A P G F i 1 N R R F c F e i1 vle0 o r F R R g c F ei v er
Q
ADC
射频技术
SKLMMW
(V)零中频射频接收机原理框图
RF BPF
LNA
LPF 0/90
LPF LO
I
ADC
Q
ADC
射频技术
SKLMMW
(VI)数字中频接收机原理框图
RFBPF LNA
BPF
BPF
AM P
LO
ADC
混 频 器
数 字 低 通 滤 波 器
数 字 本 地 振 荡 器
DSP (解 调 器 )
IF BPF
VGA
RFLO
0/90
LPF
LPF Demod
IFLO
0/90
LPF
Up
PA
RF BPF Convert
IF BPF IF AMP
LPF
Mod
I
ADC
Q
ADC
I
DAC
Q
DAC
射频技术
SKLMMW
II.低噪声放大器
描述一个系统〔如接收机〕内部噪声大小，可以用噪声 系数〔NoiseFactor〕F来表示，或者取其对数值，变成 噪声指数〔NoiseFigure〕ＮＦ。
➢ 占用带宽：<5MHz；
➢ 矢量误差幅度〔EVM〕：<17.5%；
➢ 邻道泄露功率比〔ACLR〕：45dB(5MHz)；
➢
50dB(10MHz)
➢ 带外辐射特性：
射频技术
SKLMMW
一种简单链路预算方法
M(dB)EIRP(dBW或dBmW)Gr(dB) N Eb0(dB)R(dBbps) KT0(dBW/Hz或dBmW/Hz)Ls(dB)L0(dB)
射频技术
———射频链路
分贝的概念
分贝(dB)
(dB)10log(P/P r) (dB)20log(V/Vr)
功率〔dBm〕
射频技术
SKLMMW
•增益与衰减(dB)
Gain=200 or 23dB
射频技术
IL=0.5 or 3dB
SKLMMW
G T G 1 G 2 G 3 L 1 L 2 L 3
Fref 分频器 （R）
鉴相器
低通 滤波器
电压控制 Fout 振荡器
分频器 （N）
F R refFN OU T FOU TN RFref
射频技术
SKLMMW
频率合成器的相位噪声
射频技术
SKLMMW
射频技术
SKLMMW
V.WCDMA功率放大器
功率放大器是现代通信系统中非常重要的组成局部，收发端的线性 放大和频率变换是保证能够正确解调数字调制信号的必要条件。现在 通信系统均采用了QPSK,64QAM等线性调制技术，这些调制方法对功 放的非线性特性非常敏感，因而对放大器有更高的线性要求，以防止 对邻近信道的干扰，保证调制的窄带特性。设计具有高度线性的宽带 功率放大器显得十分必要。
带外阻塞指标决定了接收机抵御其他系统干扰的能力， 它决定于接收机的预选滤波器特性。LO相位噪声的相 互混频也会影响其阻塞效果。故带外阻塞指标主要由链 路的线性、滤波特性和本振的相位噪声共同影响。
射频技术
SKLMMW
在有强干扰时，本振对相噪对信号的影响
协议中讨论双音阻塞指标时提到在偏离信号10MHz处存在点频 信号-46dBm，此时信号电平为-114dBm。那么有倒易混频公式， 容易计算出本振在偏离中心10MHz处，分辨率带宽取3.84MHz时， 相位噪声应低于-125dBc/Hz。
射频技术
SKLMMW
I.调制、解调精度
在无线通信系统中，通常用矢量调制误差〔EVM〕 来表征调制器和解调器的精度。
矢量调制误差〔EVM〕是衡量接收机解调特性的一 个重要指标。WCDMA终端技术协议给出了EVM指标的 定义：
设接收机在一个时隙T内的输出波形为V(t),0<t<T， 而理想输出波形应为S(t)，0<t<T，那么EVM可表示为
射频前段可 接收的最小电平
允许邻道 干扰的最大电平
解调门限
A P C l P s S E bN t 4 9 1 2 3 2 3 d9 B 中频声外表波滤波器的邻道抑制>29dB
射频技术
SKLMMW
IV.阻塞特性分析
带内阻塞是指在有用信号功率为-104dBm，阻塞点频信 号功率为-46dBm〔偏离10MHz〕以及阻塞谱信号为46dBm〔偏离20MHz〕时，误码率小于0.001。该指标 对接收机前端的非线性和射频本振〔RF LO〕的相位噪 声都提出了较高的要求。。
较大的载波泄漏和边带泄漏
射频技术
SKLMMW
(II)超外差发射机原理框图
I
sinω1t
cosω1t
Q
IF BPF
RF BPF
PA
LO
优点：低频调制器具有更好的幅频特性；功放和本振有 很好的隔离；
缺点：所需元件多，增加噪声，增加发射机的复杂度、 体积、功耗和本钱。
射频技术
SKLMMW
(III)数字中频发射机原理图
射频技术
SKLMMW
射频电路的典型单元
射频技术
SKLMMW
射频电路的典型单元
WCDMA移动终端收发信机框图超外差发射 机原理框图
低噪声放大器 混频器 频率合成器 WCDMA功率放大器
射频技术
SKLMMW
I.WCDMA移动终端收发信机框图
Duplexer
LNA
IMG REJ Down Filter Convert
EVM2 T0VtSt2dt T0V2(t)dt
射频技术
SKLMMW
影响接收机EVM指标的主要因素有
1.正交解调器移相误差，即I、Q相位不平衡； 2.正交解调器幅度误差，即I、Q幅度不平衡； 3.通道滤波器幅频特性失真； 4.通道滤波器相频特性失真； 5.本振相位噪声的影响； 6.非线性产物的影响；
射频技术
SKLMMW
射频技术
SKLMMW
射频技术
SKLMMW
射频技术
SKLMMW
增益误差导致EVM恶化
射频技术
SKLMMW
II.接收机灵敏度指标分析：
灵敏度是衡量接收机在一定条件下能够接收弱信号 的能力，它与诸多因素有关。例如，在不同的误码率、 信噪比等条件及不同的接收环境〔静态、多径信道模型〕 情况下灵敏度概念和数值可能各不一样。
输出
1 2 212 22 1
3 1 32
21 2 22 1
射频技术
SKLMMW
功放非线性-导致频谱扩展
射频技术
SKLMMW
线性化-功率回退法
output power (dBm)
22
20.25
20
19.25
18
16
14
12
10 -8
-6
-4
-2
0
input power (dBm)
1dB compression point