无线通信系统接收机的结构和发展

发射过程: 信号经过调制,放大,滤波,通 过混频器将信号升频到一个 指定频段,通过功放由天线发 射到空中去.
Compare
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接收机结构和发展-超外差接收系统
频谱变 换分析
IF IF RF’LO RF
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接收机结构和发展—超外差接收机设计注意:镜像滤波器
1.镜像滤波器的设计:
ห้องสมุดไป่ตู้
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接收机结构和发展—超外差接收机设计注意:镜像滤波器
超外差接收机设计注意: 1.镜像滤波器(image reject filter)的设计:
镜像频率的产生:假如射频接收信号为RF=4000MHz,带宽为40MHz,接收中频为IF=140MHz 那么需要的本振:LO=RF-IF=3860MHz RF信号经过混频器产生的信号有: F1=RF+LO=4000+3860=7860MHz 上边带信号，通过低通消除 F2=RF-LO=4000-3860=140MHz 下边带信号，需要的信号 考虑信号RF’=RF-2IF=3720MHz 同样经过混频器产生的信号 F1’=RF+LO=3720+3860=7580MHz F2’=RF-LO=3720-3860=140MHz 很明显RF’信号通过混频同样的到了140MHz的信号,与原信号发生了混叠.这个射频信号 RF’与RF信号好像是中间隔着本振频率LO的一对对称信号,因此称为镜像频率.所以为了 保证信号的正确接收,要在混频之前加镜像滤波器,滤除RF-2IF信号.
AD8362 60 dB RMS Detector
频谱变 换分析
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接收机结构和发展--超外差结构发射机频谱变换
A
DC IF Tx Band
F
E F
IMAGE
LO
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接收机结构和发展-接收机频谱分析
返回系统框图
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中频采样接收机缺点:
因为ADC需要在越来越高的频率下 工作,所以成本会提高,同时因为高速 ADC也会引起功耗的提高.另外AD性 能和动态范围要求提高.
模拟下变频和数字下变频的原理是一样的,但是模拟下变频中混频器的非线性和模 拟本振的频率稳定度,相噪,温飘都是影响性能和不可彻底解决的问题,而这些在数 字下变频中都不存在,
如何考虑中频的选择:--镜像频率为RF-2IF
◆ 如果选用高中频的,镜像滤波容易实现,但是接收通道选择器滤波将在高中频进行,需 要高Q值和高阶滤波器完成.
IF IF RF’LO RF
◆ 如果选用低中频,虽然接收通道滤波器容易实现,但是因为镜像信号和接收信号相离的很
近,镜像滤波器就需要高Q值和高阶滤波器来实现. 中频越高镜像抑制越易,单频道选择性较弱.反之亦然. *针对以上问题,提出了双中频结构(Dual IF heterodyne)接收机,先将射频降到一个高 的中频,然后在调制到一个低的中频,利用低中频的滤波器可以加强频道选择的效果.
无线通信系统接收机的结构和发展
李晶 Jing.B.Li@alcatel-sbell.com.cn 2006.6.21
引言
无线通信系统发展发展以来,在演进过程中发展出了许多适合不同系统的接收机构架,许 多理论上的接收机结构也逐渐应用于实际的项目中,但是其基本目地都是不变的: -----在充满各种不同电波的天空中,将属于自己的信号接收下来,经过接收机的将信号放 大,滤波,变频,解调到原始的信号----各种构架的提出也是为了能够降低接收机的复杂度,成本,功耗,适用元器件数目等方面 考虑.这里主要了解以下几种主要的结构. 超外差接收机 (Heterodyne) 中频采样接收机 (IF Sampling) 零中频接收机(Direct Conversion) 低中频接收机(Dual IF )
接收机结构和发展--超外差结构发射机结构
-15 dBm 380 MHz
-25 dBm
Gain=10dB NF=12 dB OIP3=20 dBm P1 dB=10 dBm
ACTIVE MIXER IF AMP Diff to SE
-15 dBm
-18 dBm
-3 dBm
+45 dBm
DAC
SAW
BAND FILTER
A.天线接收到的RF信号通过预选滤波器-前置选择性滤波器(RF BPF)滤除频外干扰信号的信号 B.通过低噪声放大器LNA对信号进行发大,并且不叠加大的噪声进来 C.第二级镜像抑制选滤波器(IR Filter)滤除镜像频率中的干扰信号,将其衰减到可以接收的水平 D.通过本地振荡器LO和混频器,将信号变换到指定的频道(中频)去. E.通过中频带通滤波器(信道选择滤波器),去掉无用的相邻频道和相隔频道. F.可变增益放大器,减小信号的失真,并且降低后级电路对动态范围的要求. G.模拟正交下变频器将中频信号变同相(I)和正交(Q)两路基带信号.经过ADC采样后变为基带数字 信号,进行数字基带处理
PA DRIVER PA +15dB 48 dB
-10 dB
0 to -20dB
-3 dB
DAC
AD8345
TxDAC
A B
C
380 MHz
D
E
+10dB -5 dBm
F
AD8362 60 dB RMS Detector
G
ADF4212L (Int-N) ADF4252 (Frac-N)
1760 +/-30 MHz 1580 +/-30 MHz 1462.5 +/-37.5 MHz
F
Desired Signal
Channel Select Filter
Freq
D DC Tx Band Rx Band
Out-of-Band Blocker AGC & Nqyuist Filter Power (dBm)
Freq
In-Band Blockers
SAMPLING CLOCK
B
Transmit Signal Desired Signal
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接收机结构和发展—超外差接收机设计注意:模拟变频
超外差接收机设计注意:
2.中频带通滤波器 在超外差的构架中,中频带通滤波器可以有效的抑制功率信号泄漏到邻近通道,同时抑制 邻近信道干扰本信道,也就是说带通滤波器特性直接决定了收发链路的邻近通道功率抑 制(Adjacent Channel Power Rejection)与邻通道选择能力(Channel Selectivity),所 以要用特殊的元件,如声表滤波器.
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中频采样接收机-频谱特性
Power (dBm) Transmit Signal Out-of-Band Blocker Power (dBm) In-Band Blockers
A
DC
Power (dBm)
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中频采样接收机-缺点和设计注意
采用中频采样结构优点:
1.简化设计.混频器和双路ADC可以通过 一个高速ADC实现 2.数字化之后,本振/混频/放大/滤波都仅 仅是数字运算,不会产生谐波,互调等虚假 信号.
接收机结构和发展—超外差接收机设计注意:中频设计
为什么选择中频:
中频多被用来作为发送和接收频率和传输频率的过渡,一般来讲,带外阻塞信号可以被天 线自带的滤波器滤除,而中频的存在可以让使得信号被混到基带进行数字处理以前将带 内阻塞信号滤除. 同样,在发送端,中频常被用来滤除所有从基带转换到中频这个过程中可能产生的噪声.
Tx Band
F
B
DC
F
IF Tx Band
Tx Band
F
C
F
IF Tx Band
D
F
IF Tx Band
G
DC Tx Band
F
注意这里的中频本振泄漏没有滤除
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中频采样设计重点:ADC选择,带通采样 ADC选择注意:
全功率模拟带宽 抗混叠滤波 无杂散动态SFDR 性噪比SNR 非线性误差 互调失真
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接收机结构和发展—数字上变频发射机
发射端-数字上变频
正交调制是一种常用的技术,在以往的通信中,一般都由模拟电路实现,由于很难保证两 路载波的正交性,调制效果往往不理想,因此我们考虑用数字的方式进行正交调制. 目前比较常用的数字上变频芯片(数字频率合成芯片)有ADI的AD9852,AD9856, AD9777,等
正交数字 数字载频分别和IQ 上变频器件 基带信号相乘在相 加,即得到了数字 中频信号DAC 12bitDAC 半带滤波器 (HBF) 采样率提高5~8倍 滤除高频分量 数字信号成型
I
Freq
D DC
FS-FIF FS/2
Freq
Rx Band
FLO+FRF
Desired Signal
LO Leakage
E
Freq
D DC
FLO
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中频采样接收机-数字中频处理
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超外差结构
传统的接收机大多是超外差接收机,其结构包括发送和接收部分,结构如图所示:
接收过程: 在空间中接收属于自己的微 小信号,经过放大处理,混频 器作用使得接收信号降频到 我们指定的信道中,在经过信 道滤波,下变频变换到基带信 号进行ADC采样
3.模拟正交下变频器 超外差接收机中中频IF通过正交变换将中频信号转换为基带信号,但是正交调制的关键 是中频的本振信号相位完全正交,幅度平衡.否则将产生虚假信号,会产生幅度和相位误 差.这个问题可以在中频采样中得到解决.
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接收机结构和发展—中频采样接收机
Compare
数字上变频
TX
采用超外差结构的另外一种实现方法是利用中频采样,传统的结构是在采样前先将信号 混合到基带。中频采样接收机是将中频直接ADC采样,然后通过数字的方式产生正交本 振信号(NCO产生),进行数字下变频(DDC).
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中频数字信号处理-工程应用:
CIC抽取 FIR滤波
IF
AntiAliasing Filter
ADC
NCO
CIC抽取
FIR滤波
数 字 基 带 处 理
DSP
FPGA
◆NCO: numerically controlled oscillator,产生数字载波样本信号,将采样信号
搬移到零中频 ◆CIC抽取:降低了速率,但是原则是抽取后频率为带宽2.2倍以上. ◆FIR滤波:低通滤波.
H
Freq
D DC
FIF FS
2nd Harmonic
Freq
DC
Tx Band
Rx Band
In-Band Blockers Power (dBm) Blocker IMD Product
Power (dBm)
FFT
C/D
D DC Tx Band
FLO-FRF Power (dBm)
Desired Signal