东南大学射频讲议——收发信机
GSM-R光纤直放站中射频光收发模块设计
Ｘｕ Ｊａ Ｗ ａ ｇ Ｚｈ ｇ ｎ Ｊａ ｇ Ｈａ Ｍ ａ Ｌｉ ｉｎ ｎ ｉｏ ｇ ｉｎ ｎ
（ｎｔｕｉｎｏ Ｆ ａｄＯ － ｓ ｏ ｔｅｓ Ｕ ｉｅｓｙ ａｊ ｇ２ ０９ Ｃ ｉａ Ｉｓｔｔ ｆ —ｎ ＥＩ ，Ｓ ｕｈａｔ ｎｖｒｉ ，Ｎ ｎｉ １０６， ｈｎ ） ｉ ｏ Ｒ Ｃ ｔ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａｎ ＲＦ ｏ ｔ ａ ａ ｓｅｖ ｒｍｏ ｕｅｆ ｒＧＳ Ｒ（ Ｍ ．ａｌ ｔｎ ａｄ ｆ ｅ ｐｉ ｅ ｅ ｔｒｉ —ｐｉ ｌ仃 ｎ ｃ ｉｅ ｄ ｌ ｏ Ｍ— ＧＳ ｒｉ）ｓａ ｄ ｒ ｂ ｒｏ ｔ ｒｐ ａｅ Ｓ ｃ ｉ ｃ
ｐｕ ．Ｔｈ ｅ ｕ ｄ ｎ ｙ ｄｅ ｉ ｎ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ｉ ｄ ｐ ｅ ｎ ｒ ｃ ｉ ｅ ａ ｔｔ ｅ ｈ ｉ ｈ ｒ ｌａ ｉｉ ｅ ｕ ｒ － ｔ ｅ ｒ ｄ ｎ ａ ｃ ｓｇ ｅ ｈ ｉ ｕ ｓａ ｏ ｔｄ ｉ ｅ ｅ ｖ ｒｐ ｒ ｏ ｍｅ ｔｔ ｅ ｈ ｇ ｅ ｉｂ ｌ ｙ ｒ ｑ ｉｅ ｔ
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｉ ｎ １０ ０ ０ ． ０ ０ ．０ ｏ ：０ ３ ６ ￣．ｓ ．０ １— ５ ５ ２ １ ．４ ０ ６ ｓ １
ＧＳ — 光 纤 直 放 站 中射 频 光 收 发 模 块 设 计 Ｍ Ｒ
徐 建 王 志功 江 汉 马 力
（ 东南 大学射频 与光 电集成电路研 究所 ， 南京 ２ ０９ ） １０ ６
摘要 ： 对铁 路 Ｇ Ｍ— Ｓ Ｒ标准 的光 纤直 放站 中的射 频光 收发 模 块 进 行 了设 计 、 造和 测 试． 发 射 制 光
收发信机的工作原理
收发信机的工作原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠收发信机的工作原理。
你说这收发信机啊，就像是一个神奇的信息小使者。
想象一下，收发信机就像是一个特别会传话的人。
它能接收各种信号，就好像我们耳朵听到别人说话一样。
它的天线呢，就像是一双敏锐的耳朵，时刻准备着捕捉那些在空中飞来飞去的信号。
当信号被天线抓住后，收发信机就开始大展身手啦！它会把这些信号进行处理，就如同我们把听到的话在脑子里整理一番一样。
然后呢，它能明白这些信号的意思，知道它们要表达啥。
处理完接收的信号，该说说发送信号啦。
收发信机就像一个超级会表达的人，它能把我们要传递的信息，通过天线这个“大嘴巴”发送出去。
这天线把信息变成无线电波，让它们在空中快乐地飞呀飞，直到被另一台收发信机接收。
这过程不就跟我们说话交流一样嘛！我们说话，别人听，别人说话，我们听。
收发信机也是这样，只不过它用的是无线电波这种特别的语言。
你说这收发信机厉害不厉害？它能让信息在看不见摸不着的空中跑来跑去，还不会迷路！而且啊，它的工作可重要了，没有它，我们怎么能随时随地打电话、发短信、上网呢？那我们的生活得变得多无聊呀！它就像是一个默默工作的小英雄，在我们看不见的地方辛勤努力着。
我们每天开心地用着手机、电脑等各种设备，享受着信息传递带来的便利，可不能忘了收发信机的功劳呀！你看，我们平时聊天、看视频、玩游戏，这些都离不开收发信机在背后的付出呢。
它就像一个不知疲倦的小蜜蜂，一直在为我们服务。
所以呀，我们得好好珍惜这个神奇的小玩意儿，爱护它，让它能一直好好地为我们工作。
要是没有它，那我们的生活可就真的少了很多乐趣和便利呢！你们说是不是这个理儿呢？反正我是这么觉得的，收发信机真的是太重要啦！。
零中频射频接收机技术
成，而受到广泛的重视。图 ２为零中 频率相同，如果混频器的本振口与 端产生严重的失真。
频接收机结构框图。其结构较超外 射频口之间的隔离性能不好，本振
偶次失真的解决方法是在低噪
差接收机简单许多。接收到的射频 信号就很容易从混频器的射频口输 放和混频器中使用全差分结构以抵
信号经滤波器和低噪声放大器放大 出，再通过低噪声放大器泄漏到天 消偶次失真。
为高Ｑ值带通滤波器，它们只能在片 略。这样一方面取消了外部元件，有
偶次失真的另一种表现形式是，
外实现，从而增大了接收机的成本 利于系统的单片集成，降低成本。另 射频信号的二次谐波与本振输出的
和尺寸。目前，要利用集成电路制造 一方面系统所需的电路模块及外部 二次谐波混频后，被下变频到基带
工艺将这两个滤波器与其它射频电 节点数减少，降低了接收机所需的 上，与基带信号重叠，造成干扰，变
片上的低通滤
典型的射频接收机仅对奇次互
图３ 零中频本振泄漏示意图
波器和可变增 调的影响较为敏感。在零中频结构 益 放 大 器 完 中，偶次互调失真同样会给接收机
成。
带来问题。如图 ４ 所示，假设在所需
零中频接 信道的附近存在两个很强的干扰信
收机最吸引人 号，ＬＮＡ 存在偶次失真，其特性为
图４ 强干扰信号在偶次失真下产生的干扰
图２ 零中频接收机结构框图
2004.7
69
Ｃ
通信与计算机
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ＆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ
基带信号，而 差很大，一般本振频率都落在前级
信道选择和增 滤波器的频带以外。
益调整在基带
偶次失真（ Ｅ ｖ ｅ ｎ － Ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ
上进行，由芯 Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）
东南大学《通信电子线路》知识总结
f0 Qe
。
例 2 设计一个π型匹配网络，完成源电阻 RS =10Ω和负载电阻 RL =100Ω间的阻抗变换。工作频率 f=
3.75MHz，假设所要求的有载 Qe =4。
解：负载端 L 网络的 Q 值为 Q2=2Qe = 8，则中间电阻 Rint er
1
RL Q22
100 65
1.538 RS ，即该方
轴的平面上，满足上式的点构成该信号的星座图。比特率（单位时间内处理或传递的位数）=log2S
×符号率（单位时间内发送的符号数），S 为星座图上的点数
4.4 二元数字调制（二元移幅键控 BASK，二元移频键控 BFSK，二元移相键控 BPSK）
4.5 正交幅度调制（QAM，四相移相键控 QPSK，OQPSK，π/4 QPSK）
ω0
2.2.3 实际并联回路与有载 Q 值
第1页共8页
实际并联谐振回路： Z ( j)
1 1 r jL
jC
1
r jL jC(r jL)
=
r j
L
1
1 jL
Cr L
jC
，若电感感
抗远大于其损耗电阻，则实际并联谐振回路可简化为简单并联回路。
支路串并联转换：
Rp
Xp
1 1
Q2
1 Q2
Rs Xs，支路的品质因数Q
S21：正向功率传输系数，反映增益或者衰减；S12：反向功率传输系数，反映隔离度。
输入端反射系数 in
V1 V1
S11
S12 S21 L 1 S22L
1，输出端反射系数 out
V2 V2
S22
S12S21S 1 S11S
1。
6.2 低噪声放大器指标
东大射频通讯讲义
射频与通信集成电路设计东南大学射频与光电集成电路研究所李智群Email: zhiqunli@Tel: 83793303-81161概述•通信系统的组成•RFIC设计成为无线通信系统发展的瓶颈•无线通信与RFIC设计2•无线通信系统和技术飞速发展•无线通信发展的理论技术基础–James Maxwell在1864年伦敦英国皇家学会发表的论文中首次提出了电场和磁场通过其所在的空间中交连耦合会导致波传播的设想。
–1887年Heinrich Hertz 实验证实了电磁能量可以通过空间发射和接收。
–1901年Guglielmo Marconi 成功地实现了无线电信号(Radio Signals) 横越大西洋。
–从此无线技术正式诞生。
从1920年的无线电，1930年的TV传输，直到1980年的移动电话和1990年的全球定位系统(GPS)及当今的移动通信和无线局域网(WLAN)。
–射频集成电路(RFIC) 的发展推动了无线通信技术的发展，是当代无线通信的基础。
•RFIC已在世界范围内成为大学、研究院所和通信相关产业研究开发的热点3•频谱的划分–当今最通用的频谱分段法是由电气和电子工程师学会(IEEE)建立的4•调制的原因无线通信中把基带信号变成射频已调信号有两个原因：–为了有效地把信号用电磁波辐射出去•基带信号是低频信号，如话音信号频率为300-3400Hz，波长达1000km，天线长度取1/10波长，对应的天线长度达100km以上，不可能实现。
•为了有效地辐射，发射信号的频率必须是高频，以降低天线的尺寸。
发射机中振荡器产生的高频信号称为载波。
–为了有效地利用频带来传输多路频率范围基本相同的基带信号，可将多路基带信号分别调制到不同频率的载波上，以避免基带信号之间的相互干扰。
•调制方式–用基带信号控制载波的幅度、频率和相位分别对应调幅、调频和调相。
–模拟调制：用模拟信号调制载波–数字调制：用数字信号调制载波6•信道–信道是传输媒介，分为有线和无线两类–有线信道：电线、电缆、光纤、波导–无线信道：自由空间•无线信道中的干扰–多径衰落–邻近频道干扰–多普勒频率、频谱色散–无线移动信道是条件最为恶劣的一种信道–快速发展的无线通信技术正是为了克服无线信道的缺陷，以保证通信的可靠性7RFIC设计成为无线通信系统发展的瓶颈•射频设计工程师应具备较宽的知识面8–RFIC所涉及的相关学科和技术9•RFIC正处于发展阶段–基带部分可以采用成熟的数字集成电路技术•Artisan: Memory generator, Standard Cells, I/O Cells–射频集成电路还处于发展阶段，电感的性能急待提高•Mixed-signal, RF 工艺•EDA工具处于起步阶段–分析和综合的结果只起参考作用•Spice, ADS, Cadence–在射频器件的非线性、时变特性、电路的分布参数、不稳定性等方面缺乏精确的模型，设计是否成功在很大程度上取决于设计师的经验•前仿真•后仿真：版图参数提取，连线R和C提取（不提取L）•低温、高温、Slow、Fast、Typical•集成电路制造（流片）•测试10RF section of a cellphone12•研究内容–射频收发机(Transceiver) 体系结构，频率、功耗、增益、噪声、非线性的总体要求和分配•解决问题–电路模块对系统的影响•目的–合理分配资源，降低系统成本、功耗、体积，满足系统整体性能要求13。
射频通信电路：第四讲 射频收发机结构
频率
广泛使用与1920年之前 受当时电子器件限制，工作频率都不高 晶体接收机、再生接收机、调谐式接收机等 存在工作频率不高、灵敏度低、频率选择性差
等严重问题
超外差式接收机 Super Heterodyne Receiver
RF
固定中频滤波器
振荡器频率扫描 LO
1913年，美国无线电工程师阿姆斯特朗发明了 超外差电路
010
• 信噪比（Signal to Noise Ratio ） • 谐波失真（Harmonic Distortion ）
001 000
• 有效位（Effective Number of Bits）
• 无杂散动态范围（Spurious free
dynamic range）
Ideal ADC
Binary Output Code
混频器工作频谱图
RF IF LO
由于器件的非线性，最终中频满足： IF = n * LO ± m * RF 一般正常期望信号时, n = m = 1
幅 度
LO- RF LO
LO+RF
RF
频率
混频器之后的中频滤波器
混频器后端要加一个滤波器，获取有用变频信号，滤 除其他高次非线性干扰 上、下变频功能取决于混频器后端的滤波器中心频率
LO
0
ωIF
RF信号1 ωRF1 = ωLO + ωIF
RF信号2 ωRF 2 = ωLO − ωIF
经过混频器之后，下变频分量为： cos (ωRF − ωLO )t
此时得到的中心频率都为
如果信号1为有用信号，信号2为干扰信号，两者同时 存在于混频器前端时，信号2对信号1产生镜像干扰
镜像干扰解决方法-前端滤波器
射频介绍
Rs
C1
vin
R1
C2
15 of 24
vout
R2
----------R----2--------H(s) = ----------------1-----+----s---R----2--C-----2---------------
----------R----1--------- + ----------R----2--------1 + sR1C1 1 + sR2C2 = ---------------------R----2--(---1----+-----s---R----1--C----1---)--------------------R1(1 + sR2C2) + R2(1 + sR1C1)
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• 三个层面
7 of 24
– Gain
– Information Theory
– Noise
– Modulation and Demodulation
– Power
Systems – Wireless Channel Estimation
– Equalization
Ci–rcLiuneairtitys
– 有关指标
» 1-dB压缩点 (1-dB Compression Point) » 3 阶截点 (3rd-order Intercept Point, IP3)
射频集成电路设计基础 > 课程概述 > 无线通信与射频集成电路设计
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• 小信号放大器设计
无线通信中射频收发机结构及应用讲解材料 (2)
如WiFi、蓝牙、ZigBee等，以满足不同应用场景的需求。
未来发展方向和挑战
高效能与低功耗
随着物联网和智能终端的普及，对射频收发机的性能要求 越来越高，需要进一步提高其效能和降低功耗，以适应绿 色环保的需求。
集成化与小型化
随着移动设备的轻薄化趋势，射频收发机需要实现集成化 和小型化，以适应移动设备内部空间的限制。
02
射频收发机结构
发射机结构
调制器
将基带信号转换为适合传输的调制信号。
滤波器
滤除不必要的频率成分，确保信号的纯度。
功率放大器
放大调制信号的功率，使其能够有效地传输。
天线
将电磁波转换为可传输的信号，并辐射到空 间中。
接收机结构
01
02
03
04
天线
接收空间中的电磁波并将其转 换为电信号。
低噪声放大器
01
03
移动通信系统的不断发展对射频收发机的性能提出了 更高的要求，如更高的传输速率、更低的功耗和更小
的体积等。
04
射频收发机在移动通信系统中的工作原理是通过调制 和解调技术将信号转换为适合传输的频段，然后通过 天线发送和接收信号。
无线局域网中的应用
01
无线局域网是射频收发机的另一个重要应用领域。通过在局域网中引 入无线传输方式，射频收发机实现了网络信号的无线传输。
射频收发机是无线通信系统中的核心组成部分，负责接收和发送无线信
号，实现信息的传输。
02
保障通信质量和稳定性
射频收发机性能的优劣直接影响到无线通信的质量和稳定性，对于保证
信号覆盖范围、降低误码率、提高通信可靠性具有重要意义。
03
支持多种无线通信标准
2.4 GHz短距无线通信系统射频模块的设计
HbFP 0420 双极晶体管来设计 LNA，并分别按最
小噪声系数、最佳增益设计 LNA 的输入、输出匹配
电路. LNA 由 LMX3l62 内部的稳压器提供 + 2. 7 V
的稳压电源. 经调试该 LNA 在 2. 4 ~ 2. 5 GHZ 的频
率范围内可获得 l2 db 的增益、l. 5 db 的噪声系
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY（ NaturaI Science Edition）
VoI. 34 No. l Jan. 2004
2. 4 GHZ 短距无线通信系统射频模块的设计
张 华 赵洪新 洪 伟
（ 东南大学毫米波国家重点实验室，南京 2l0096）
摘要：主要介绍一种工作在 2. 4 ~ 2. 5 GHZ ISM 频段的短距离无线通信收发信机射频前端模块. 该模块由低噪声放大器（ LNA）、上 / 下变频器、锁相环（ PLL）频率合成器以及射频 / 中频滤波器等 构成，并集成在一块 97 mm X 66 mm 的 PCB 板上. 文中在理论分析和仿真基础上对射频前端电路 进行了设计和研制. 发射通道输出信号频谱和接收通道解调信号的测试结果表明，该射频模块可 应用于蓝牙或 IEEES02. llb 无线局域网等短距离无线通信系统. 关键词：无线扩频通信；射频前端；收发信机；仿真与测试 中图分类号：TN925 +. 92；TN929. 54 文献标识码：A 文章编号：l00l - 0505（2004）0l-00l0-05
实验证明该 PLL 本振源能很好地锁定. PLL 的
鉴相频率设计值为 500 kHZ，由于本系统以跳频方
式工作，频率合成器在要求的频率范围内以 500
kHZ 的最小频率间隔跳频工作. 这样合成频率经倍
东南射频集成电路讲义 东南大学射频与光电集成电路研究所 陈志恒 , Oct24, 2002.pdf
• 模拟电路
– 更多维的设计空间，更复杂的利弊权衡 (trade-off)
» Speed-Accuracy-Power
» CMOS = Low Power ? » Low Voltage = Low Power? » 选择什么工艺 (BJT、 CMOS 还是 GaAs)
线性
» 特征尺寸 (Feature Size) 的不断减小带来了什么
散电流将不同，必然存在漂移电流使总电流保持
恒定
c ax
射频集成电路设计基础 > 有源器件和模拟电路基础－ I > 半导体理论基本概念
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» 穿越时间 (transit time)
假设浓度仅在 x 方向上分布不均匀且线性变化，那么半导体中的总电荷量为
Q
=
q ⋅ a----b---c- ⋅ [n(0) + n(a)] ，电流为
东南大学射频讲议——接收机
∆z
– 电流和电压的偏微分方程组的解将电压和电流表示成时间 t 和坐标 z 的 函数，并且具有波动方程的形式 ∂ v ( t, z ) = LC ∂ v ( t, z ) ∂z2 ∂ t2 ∂ ∂ i ( t, z ) = LC i ( t, z ) ∂z2 ∂ t2
射频集成电路设计基础 > 射频与微波技术复习 > 传输线 (Transmission Lines) 2 2 2 2
• 品质因数 (Quality Factor, Q 值 )
– 根据定义 Maximum Energy Stored Q ≡ 2 π -----------------------------------------------------------Energy Dissipated
(1)
per AC cycle
(3)
Y(ω) 的相位 φ ( ω ) = atan ( 2 RC ∆ω ) , 当 ∆ω 趋近于 0 时， φ ( ω ) ≈ 2 RC ∆ω , dφ 2Q ≈ 2 RC = -----dω ω0
(4)
这个公式在分析振荡器电路时非常有用。
射频集成电路设计基础 > 射频与微波技术复习 > 无源元件 (Passive Components)
– 环路电压和节点电流定律在任何时候都成立吗？ 当然，如果你的模型没错的话。 – 任何电路、元器件、连接线本质上都是分布系统，在某些条件下它们的 分布特性可以被忽略，正如在某些条件下微积分可以简化为四则运算 – 对于一条长度为 l 的低损耗连接线和波长为 λ 的信号，
» 当 l << 0.1λ，连线可以看成理想的电路连接线 ( 阻抗为 0 的集总系统 ) » 当 l > 0.1λ，我们认为它是一个分布系统－传输线
第四章 射频微电子学 之收发机架构
第四章 4.1 概述
发送﹑接收机结构
发射部分
天线公用器
接收部分
通信机基本结构
射频级基本结构
结构方案
本章主要内容：介绍发送、接收机的
主要指标
射频发射级的基本组成及完成功能
①产生正弦载波 ②完成基带信号对载波的调制 ③将通带信号搬移到所需的频段 ④放大到足够的功率并发射 ⑤不干扰相邻信道 限制频带 通带信号（已调波） 上变频
A cos( c t )
调频 调相
模拟调制——基带信号是模拟信号 数字调制——基带信号是数字信号
衡量调制解调器好坏的主要性能指标
1.抗噪声抗干扰能力
2. 调制方式的频谱有效性
在保证传输速率和质量条件下，使用带宽越小越好 3.调制方式的功率有效性 线性功率放大器?
放大已调射频信号,可用
非线性功率放大器?
2dB
-12 13 20.1 11
6dB
100 7 14.1 5
12dB
5 12 15 100
5dB
100 7 10
10dB
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 1. 合理确定接收机﹑发射机的整机指标
依据:通信环境﹑通信距离﹑工作频段﹑调制方式等一系列因素
2. 将系统指标分配到各个单元模块，定出单元模块合理的指标值 分配原则: ① 根据各部件的物理可实现性， ② 根据每个部件的指标对整机的影响 3. 在选定了各模块的集成电路芯片后，
优点：可避免I / Q两路的不一致
难点：对A/D变换器要求很高 转换速度高、较高的分辨率和较小的噪声 、 线性度很高 、要求有较大的动态范围。
4.3 发射机方案
一. 直接变换法
应用于感知无线电的可重构抗干扰射频收发机
应用于感知无线电的可重构抗干扰射频收发机
游长江;柳靖;张晓东;朱晓维
【期刊名称】《东南大学学报（英文版）》
【年(卷),期】2011(027)002
【摘要】介绍了一种应用于感知无线电的射频收发机,该射频收发机包含一个零中频接收机和一个直接上变频发射机.在与电视信号共存的环境中,射频接收机采用可调信道滤波器组来抑制邻近信道干扰.采用了具有宽动态范围、高线性度的低噪声放大器来提升零中频接收机的抗干扰性能.同时,采用高线性功率放大器来提高直接上变频发射机的邻近信道功率比特性.测试得到的误差矢量幅度结果显示,通过采用信道滤波器组使零中频接收机的抗干扰性能得到了很大提高.当直接上变频发射机发射输出功率达27 dBm时,在中心频率为714 MHz的信道上,测得直接上变频射频发射机的邻近信道功率比为-47.98 dBc.
【总页数】5页(P123-127)
【作者】游长江;柳靖;张晓东;朱晓维
【作者单位】东南大学毫米波国家重点实验室，南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室，南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室，南京210096;东南大学毫米波国家重点实验室，南京210096
【正文语种】中文
【中图分类】TN92
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– sin (ωLOt)
−ωLO
0
ω ωc
−ωLO −ωIF 0 ωIF
ω
xQ(t)
yQ(t)
cos (ωLOt)
yI(t) = xI(t) cos (ωct) + xQ(t) sin (ωct) yQ(t) = xQ(t) cos (ωct) – xI(t) sin (ωct)
射频集成电路设计基础 > 无线通信系统和收发信机结构 > 混频：更数学地看问题
射频集成电路设计基础 > 无线通信系统和收发信机结构 > 概述
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混频：更数学地看问题
• 实信号的 Fourier 变换：正负频率分量同时存在且互为共轭，即
x(t) ↔ X(jω)
X(jω) = X∗(–jω)
(1)
例如
cos
(ωct)
↔
1-2
δ( ω
+
ωc)
+
1-- δ( ω 2
《射频集成电路设计基础》讲义
无线通信系统和收发信机结构
概述
混频：更数学地看问题
无线接收机 超外差 (Super-heterodyne) 结构 零中频接收机 镜像抑制接收机 低中频结构 二次变频宽中频接收机
无线发射机 附录
镜像抑制混频原理推导 参考文献
东南大学射频与光电集成电路研究所 陈志恒 , Nov-4, 2002
» 数字信号处理技术可以实现近乎理想的滤波器，但是直接在射频频率进行数 模转换并不现实
» 因此，射频滤波器只能用作整个系统频段的选择，滤除频段外的干扰，信道 的选择 ( 模拟或数字滤波 ) 需要在较低的频率 ( 中频 ) 进行
– 中频频率的选择
» 镜像频率和镜频抑制 (Image Rejection) » 邻信道干扰和选择性 (Selectivity) » 避开其它干扰 ( 如某些时钟和参考信号及其谐波频率 )
−ωLO −ωIF 0 ωIF
射频集成电路设计基础 > 无线通信系统和收发信机结构 > 混频：更数学地看问题
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– 复混频 2
xI(t) + jxQ(t)
yI(t) + jyQ(t)
cos (ωct) – j sin (ωct)
xI(t)
8 of 28
cos (ωLOt) yI(t)
6 of 28
IF+Interference
−ωc
0
ωc
−ωLO+ωIF ωLO−ωIF
ωIF ωIF
cos (ωLOt)
−ωIF 0 ωIF ωLO ω
−ωLO −ωIF 0 ωIF
−ωLO
0
ωLO
ω
−ωIF 0 ωIF
射频集成电路设计基础 > 无线通信系统和收发信机结构 > 混频：更数学地看问题
• 收发机结构对集成度和成本的影响
– PCB 线路的复杂度 – 片外元件，尤其是高 Q 值滤波器、谐振器的费用 – 元件安装 ( 焊接 ) 的成本 – 电路调试的费用
射频集成电路设计基础 > 无线通信系统和收发信机结构 > 概述
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• 中频 (Intermediate Frequency)
– 下变频：射频 → 基带 RF
ωc – ωLO = ωIF
cos (ωLOt)
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IF
−ωc
0
ω ωc
ωIF
−ωLO
0
ωLO
ω
−ωIF 0
ωLO
−ωLO
0 ωIF
−ωIF 0 ωIF
射频集成电路设计基础 > 无线通信系统和收发信机结构 > 混频：更数学地看问题
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– 镜像频率 RF+IMG
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无线接收机
• 接收机概述
LNA
RF Filter 1
Mixer
IF AMP
BB
RF Filter 2
IF Filter
Injection Filter
LO
– RF Filter 1
» 选择工作频段，限制输入带宽，减少互调 (IM) 失真 » 抑制杂散 (Spurious) 信号，避免杂散响应 » 减小本振泄漏，在 FDD 系统中作为频域双工器
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• 混频：时域相乘 = 频域卷积 = 频谱搬移
– 上变频：基带 → 射频
x(t)
X(jω) 0
cos ( ωc t ) ω
−ωc
−ωc
0
ωc
ω
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x(t) cos (ωct)
0
ωc
ω
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–
ωc)
(2a)
sin
(ωct)
↔
-j2
δ( ω
+
ωc)
–
-j- δ( ω 2
–
ωc)
(2b)
但是复信号可能只存在单边频率分量，例如
e–jωct = cos (ωct) – j sin (ωct)
(3a)
e–jωct ↔ δ(ω + ωc)
(3b)
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我们已经知道了无线通信中使用高频载波来传输信号的必要性，现在来看一下 接收信号时降低频率的必要性 – 射频信道选择的困难
» 对于 GSM 系统，Q ≈ 9----0---0----M------H----z- = 4500
200 kHz
» 即使可以达到这么高的 Q 值，滤波器通带内的损耗和带外 ( 相邻信道 ) 的衰减 也将带来极大的问题
– LNA
» 在不造成接收机线性度恶化的前提下提供一定的增益，抑制后续电路噪声
射频集成电路设计基础 > 无线通信系统和收发信机结构 > 无线接收机
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– RF Filter 2
» 抑制由 LNA 放大或产生的镜像干扰 » 进一步抑制其它杂散信号 » 减小本振泄漏
– Mixer
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– 复混频 1
x(t)
yI(t) + jyQ(t)
x(t)
e–jωLOt
I: In-phase, 同相 Q: Quadrature, 正交
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cos (ωLOt)
yI(t)
0° 90°
cos (ωLOt)
– sin (ωLOt) yQ(t)
−ωc
0
−ωLO
0
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概述
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• 接收机或发射机是一个系统，系统级的设计和优化具有更重要的意义
– 决定总体大小、功耗、性能 – 协调各电路模块，确保达到指标
• 收发机 (Transceiver) 结构对电路设计的影响
– 片外元件的数量和种类 – 电路的复杂度 – 各级电路的工作频率、增益、噪声系数、线性度、功耗