通信电子系统设计综合实验

频谱仪原理
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3、频谱仪基础

多次混频结构频谱仪
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3、频谱仪基础

典型频谱测试图
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3、频谱仪基础
(软件)
功放
放大
放大
滤波
D/A
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1、数字中频通信电子系统结构

数字通信系统框图
信源编码
信道编码 CRC,交织,纠错 编码,加扰
数字中频 内插,成型滤波,星 座映射,数字上变频
信源
DAC
射频子系统 上变频,滤波选 频,功率放大
信宿
信源解码
基带数据
模拟I 射频 中频输入 模拟Q ADC
载波恢复
sin(ωct)
符号同步 抽样判决
帧同步
数字Q
匹配滤波,抽取
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1、数字中频通信电子系统结构

数字中频仿真波形
原始数据
成型滤波后
匹配滤波后 位同步脉冲
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判决恢复数据
信道解码 CRC,解交织,纠 错解码,解加扰
数字中频 数字上变频,抽取, 匹配滤波,抽样判决
ADC
射频子系统 低噪放,滤波选 频,下变频
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1、数字中频通信电子系统结构

发射机数字中频部分
星座映射 内插,成型滤波
数字I
基带数据
帧头插入
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3、频谱仪基础

时域波形图
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3、频谱仪基础

时域和频域－信号的二维表示
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3、频谱仪基础

其中，调制度定义为：
Ma A1 Vmax Vmin A *(2a) *100% 2 a *100% A2 Vmax Vmin A2 * 2
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5.4 FPGA在信号处理中的应用

具体实现调幅信号的方法 使用两个DDS信号发生器，分别为调制信号 和载波信号。 幅度可变的调制信号加上其自身的振幅偏置 再乘以载波信号即为调幅信号的雏形。 v 'o ( A1 A1 * a *sin(t ))* A2 sin(ct )
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2、通信系统主要指标与射频子系统

村田制作所的LDB182G5010G-120

Nokia5300 发射Balun
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2、通信系统主要指标与射频子系统


射频功放－RF5602是Micro Devices, Inc.(RFMD)公司 生成的高功率、高效率和高线性2 GHz射频功率放大器， 专为 WiFi 和 WiMAX 用户端设备 (CPE) 和接入点 (AP) 等中等功率应用而设计。RF5602 利用 RFMD 的 PA 领 先地位和设计专长，可提供高输出功率，同时满足客户对 线性和低电流消耗的要求，从而使客户可轻松解决传统电 源、传输效率和热性能问题。 RF5602 采用 RFMD 先进的磷化镓铟 (InGaP) 异质结双极 晶体管 (HBT) 半导体加工技术制造，并已经优化，可用作 802.16 e/d 和 802.11 b/g/n 应用中的最终 RF 放大器。
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通信电子系统设计综合实验
1、数字中频通信电子系统结构 2、射频子系统通信系统指标 3、频谱仪基础 4、设计题目和任务 5、基于单片机和FPGA的电子系统设计 6 、注意事项

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1、数字中频通信电子系统结构
超宽带 滤波器 超宽带 放大器 超高速 宽带A/D

软件无 线体系 结构
fs > 2fmax
双工器
超宽带 滤波器
窄带电调滤波器
FPGA 或 超高速 DSP (软件)
超宽带 放大器
超高速 宽带D/A
放大器
A/D
双工器
f0 = (2n+1) fs / 4 f0m = (2m+1) fsm / 4
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2、通信系统主要指标与射频子系统

框图
I 阻抗匹配 功放 Balun 缓冲器
RF 开关
Q
RF 收发器 I Balun 驱动器 Q
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2、通信系统主要指标与射频子系统
1 , 2
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2、通信系统主要指标与射频子系统

无杂散动态范围 （Spur-Free Dynamic Range） －无杂散动态范围是 指失真产物（例如3 阶互调）等于噪声功 率时，基波功率与噪 声功率之差。
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1、数字中频通信电子系统结构

软件无线技术 具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平 台，将各种功能，如工作频段、调制解调类 型、数据格式、加密模式、通信协议等用软 件来完成，并使A/D和D/A转换器尽可能靠 近天线，具备高度灵活性、开放性的新一代 无线通信系统。
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2、通信系统主要指标与射频子系统

RF5602
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2、通信系统主要指标与射频子系统


天线双工器/射频开关 －在单工系统中，射频电路交 替工作于发射与接收状态，天线是收发共用的。这时， 收发的切换要通过射频开关来完成，成为射频双工器。 射频开关一般采用晶体管器件实现。分为有源和 无源两种，PIN二极管是一种常用的无源射频开关。 PIN二极管是一种三明治结构，在P型和N型半导体中 夹杂了一层低掺杂本征层（I层）。对于射频信号， PIN二极管正向偏置时表现为一个受所加电流控制的可 变电阻，而反向偏置时成为一个具有高插入损耗和高 衰减的电容器。
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2、通信系统主要指标与射频子系统

PIN二极管组成的天线双工器
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2、通信系统主要指标与射频子系统

HWS466是一个GaAs SPTD射频开关，可以工 作于DC-6GHz，使用简单的数字逻辑就可以进 行切换，使用非常方便。
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1、数字中频通信电子系统结构

延迟相乘法差分解调
信号
延迟码元周期T
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2、通信系统主要指标与射频子系统

常用单位 dB，dBC－ 射频信号的相对功率常用dB和dBc两 种形式表示，其区别在于：dB是任意两个功率 的比值的对数表示形式，而dBc是某一频点输出 功率和载频输出功率比值的对数表示形式。 dBm，dBW－射频信号的绝对功率常用dBm、 dBW表示，它与mW、W的换算关系如下：例如 信号功率为，
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2、通信系统主要指标与射频子系统

射频连接器
BNC (Bayonet Navy Connector)连接器
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SMA(Small A) 连接 器
N (Navy) 型 连接器
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2、通信系统主要指标与射频子系统

射频电缆
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单音调幅信号产生 设调制信号为： A *sin(t ) 1 载波为： A2 *sin(c t ) 1 则调幅信号为： vo ( A2 A *sin(t )) *sin(c t )
=A2 (1 A1 *sin(t )) *sin(c t ) A2 = A2 (1 a *sin(t ) *sin(c t )

典型频谱仪测量项目
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4、设计题目和任务

数字式测试信号发生器
RS232
PC机
单片机
SPI
FPGA DDS 信号发生器
DAC
射频系统 上变频
射频输出
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5.4 FPGA在信号处理中的应用

软件无线电实验箱射频模块
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2、通信系统主要指标与射频子系统

宽带射频收发器－MAX2837是一个高度集成的微 波集成电路（MMIC）。其基本功能是接收射频信 号，进行直接下变频处理，输出零中频基带信号。 发射时，接收零基带信号并且上变频至射频发射。 MAX2837采用直接变频、零IF 结构，用于 2.3GHz至2.7GHz无线宽带系统。
fs / fsm
DSP (软件)
功放
窄带电调滤波器
“0”内插 上变频
D/A
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1、数字中频通信电子系统结构

软件无线体系结构－数字中频通信机
f0= (2n+1)fs /4
分波段 滤波器
高放
一中放
二中放
rB0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A/D
一本振
双工器
二本振
fs >(r+1)B0 DSP
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2、通信系统主要指标与射频子系统

EVM（Error Vector Magnitude）－EVM（Error Vector
Magnitude）是指测量波形与理想调制波形之间的矢量差。 调制信号可以表示为一个同相（I）分量与一个正交（Q） 分量的矢量和，映射到星座图上如下图1所示。在星座图上 EVM直接表现为星座点的发散程度，
串并转换 差分编码
cos(ωct)
模拟I ADC 中频输出 模拟Q
射频
正交载波
sin(ωct)
星座映射 内插,成型滤波
数字Q
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1、数字中频通信电子系统结构

接收机数字中频部分
数字I
匹配滤波,抽取
cos(ωct)
抽样判决
并串转换 解差分
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2、通信系统主要指标与射频子系统

邻道抑制比（ACLR）－邻道泄漏指标是用来衡量发射机 的带外辐射特性。其定义为邻道功率与主信道功率之比， 通常用dBc表示。

发射机的领道泄漏必然回对其他小区造成干扰，为了减小这 种干扰，领道泄漏必须尽可能的小，例如WCDMA标准要求， 第一邻道（偏离载频±5MHz）的ACLR≤45dBC ；第二邻道 （偏离载频±10MHz）的ACLR ≤50dBC 。
Po (mW ) P(dBm) log( ) (mW )
Po (W ) P(dBW ) log( ) (W )
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2、通信系统主要指标与射频子系统

三阶交调－由于射频攻放的非线性，输入频率间隔较 小的双音 1 , 2 时，输出会产生出其它频率分量，其 中的 距离较近，称为三阶交调分量。
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2、通信系统主要指标与射频子系统

MAX2837 框图
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2、通信系统主要指标与射频子系统

MAX2837 配置界面
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2、通信系统主要指标与射频子系统

平衡/不平衡转换器－巴伦(Balun)在RF天线等系统中， 一般只使用一根屏蔽线传输信号，称为不平衡电路。 而在半导体电路中，差分放大器是抑制共模干扰常用 的放大器电路形式，称为平衡电路。在射频系统的的 末级经常需要平衡－不平衡转换器相互转换的器件， 通常使用射频变压器或微带电路来实现，称为平衡－ 不平衡转换器，或简称巴伦（Balun）。