电子科技大学通信射频电路 无线通信收发系统结构 3-6解读

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BW=200KHz(信道带宽) 多址方式:FDMA/TDMA
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ƒR
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LNA
ƒIR ƒIR=ƒR-ƒL
IFA
ƒIR ADC
DSP
ƒR=935-960 MHz ƒC=890-915 MHz
终端
R
T
RF OSC ƒL
ƒL=912.5-937.5 MHz ƒIC
ƒC
PA
IFA ƒIC DSP ADC 信源
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数字中频接收机设计原则(续)
② ADC应有较高的分辨率(bit数大)和低的转换 噪声; ③ ADC线性度要求高; ④ ADC应有较大的动态范围; ⑤ ADC模拟带宽应满足第一中频的要求。
2. ① ② ③ DSP性能 运算速度; 运算字长; 稳定性等。
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CDMA2000-850MHz 2次变频接收机实现方案
无线收信机射频前端功能及性能参数
功能
从复杂的电磁波谱中选择出微弱的有用信号,经 下变频、放大后, 解调出基带信号。 ① 选择性 : 消除 / 减少干扰信号 和寄生频率信号影响 ② 灵敏度 : 保证特定通信距离 和正确解调所要求的最小 输入信号强度 ③ 动态范围: 正确解调的输入 超外差式收信机射频前端结构 信号变化范围
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数字中频接收机
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将第二次变频数字化,避免了实现两路模拟 信道一致性的困难。
BPF3 本振 BPF 1 LNA 本振 LO1 BPF 2 AD C -п /2 BPF3 ADC ADC
数字中频接收机框图
DSP Chip
数字中频接收机设计原则
1. ADC性能 ① 为抑制镜频干扰,则中频较高,要求ADC 24 采样频率(速度)也很高
解决方法:减小混频器非线性
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单次变频超外差式接收机结构缺点(续) 2.存在镜像频率信号干扰 镜像频率
“镜频干扰”的产生 有用的射频信号和镜像频率信号经过下变频后, 频谱交叠在一起,无法用中频滤波器将干扰信号的 频率滤除,这样会降低中频输出的信噪比。 8
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例:一个单次变频超外差式接收机的镜像干扰问题
BPF (1) LNA
超外差原理由E.H.阿姆斯特朗于1918年提出!
RF
IF RF LO
LO
BPF (2) IF Amp BPF (3) 解调
本振(LO)
单次变频超外差式接收机结构框图
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单次变频超外差式接收机结构特点
1. BPF1作频带选择, BPF2作信道选择,实现 了频带选择和信道的分离; 2. 合理分配了系统增益, 降低了RF LNA的 增益要求,使RF LNA稳定性好. 3. 在较低固定中频上放大,ADC和解调较容 易。
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CDMA-2100 2次变频中频采样接收机实现方案
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二次变频超外差式接收机设计原则
1. 第一中频ω IF1尽量高以便于抑制镜像干扰。 2. 第二中频ω IF2尽量低以便于抑制邻道干扰 (信道选择性好),降低解调器技术难度。 3. 信道增益的大部分由IFA2完成。
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VA (t )
BPF2 π/2
VC (t )
VRF (t )
BPF LNA
本振 π/2 BPF2
VB (t )
Hartley镜频抑制接收机
VRF (t ) VRF cos RF t Vim (t ) Vim cos imt
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Vim VRF sin( LO RF )t sin( LO im )t 2 2 Vim VRF VB (t ) cos( LO RF )t cos( LO im )t 2 2 电子科技大学 VA (t )
ƒR
ƒL
ƒ (MHz)
例:GSM下行频段935-960MHz,若选fIF= 10MHz,试确定本振频率及干扰镜频频段。 电子科技大学
解:高本振情况 f LO f RF f IF 945 ~ 970MHz
fim f RF 2 f IF 955 ~ 980MHz fRF位于频段低端,fim位于频段内高端。
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第一章 无线通信收发机结构
•本章内容
1.无线收、发信机的性能指标参数 2.无线收信机结构及特点 3.无线发信机结构及特点
4.集成无线收发机结构及特点 重点掌握无线通信收、发信机的典 型结构,主要性能(指标)参数及应用要 求。
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&1.1 无线收发机性能指标参数
发信机射频前端功能及性能参数
BPF 1 LNA
RF
IF RF LO
BPF 2 IF Amp BPF 3 解调
LO
本振(LO)
单次变频超外差式接收机结构框图
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单次变频超外差式接收机结构缺点 1.存在组合干扰(寄生通道干扰)
混频器非线性导致产生各种组合频率信号
若组合频率分量落在中频带宽内,即形成干扰信号。
主要性能参数
3 放大小信号过程中须做到低噪声,新引入的噪声将影 响收信机的接收灵敏度。
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无线收发机射频前端功能及指标参数
无线收发机射频前端功能
① 无线信息发射 ② 无线信息接收
无线收发机工作方式
半双工、全双工
主要性能参数
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 频谱纯度 发射功率 系统效率 选择性 灵敏度 动态范围
典型无线收发机结构
对于收发一体机,当其共用/复用天线 时,收发信道必须有良好的隔离度。
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&1.2 无线收信机结构及特点
1. 2. 3. 4. 5. 超外差式接收机(单次变频、两次变频) 零中频接收机 低中频接收机 镜频抑制接收机 全数字接收机
收信机的主要结构及特点
单次变频超外差式接收机
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直接调制发射机特点(续)
直接调制发射机为早期经典发射系统方案,主要 用于AM、ASK等简单调制方式通信,要求线性功放, 导致发射效率低,可能发生频率牵引,邻道抑制不 好等缺点而少见应用。近年来随着技术的进步,复 杂调制方式已能直接由LO产生,使这种方案焕发新 春。
RFID应用的直接调制(BPSK)收发机框图
1. 两条变频支路特性完全一致(信号幅度、增益、 时延特性等);
2. 两条变频支路输出信号精确正交。 实现两条变频支路输出信号的精确正交,要求 两条支路的电性能完全一致性,硬件实现较困难!
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镜频抑制接收机(Weaver接收机)
Weaver镜频抑制接收机框图
Weaver结构镜频抑制接收机频谱搬移过程
若fIF增大至70MHz,则采用高本振或低本振, 镜频都不会进入通信射频频段,故可用BPF1滤除掉 ,从而消除镜频干扰。
GSM移动通信系统特点
下行频段935-960MHz (频带宽度:25MHz) 上行频段890-915MHz (频带宽度:25MHz) 收发双工间隔:45MHz
fI=22.5MHz(普遍采用)
低本振情况
f LO f RF f IF 925 ~ 950MHz fim f RF 2 f IF 915 ~ 940MHz
fRF位于频段高端,fim位于频段内低端。
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从上可见选择fIF=10MHz,无论选择高本振或低 本振时, fim都位于有用频带之内,无法用BPF1滤掉, 成为干扰信号!
功能
完成基带信号对中频载波的调制,将其上变频至 特定的RF频段,对已调制的RF信号放大, 以足够的 功率馈入到天线,经天线有效地发射出去。
主要性能参数
① 频谱纯度: 减少它对相邻 信道的干扰 ② 发射功率: 保证特定通信 距离 ③ 系统效率: 减少系统功耗
超外差式发信机射频前端结构
2
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直接调制发射机框图
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直接调制发射机特点
1. 结构简单; 2. 收/发同机时发射开断切换,PA工作状态会对 LO产生负载牵引-改进方法(两VCO); 3. 调制信号带宽及发射频谱特性不易控制,发射 信号容易干扰其他信道。
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GSM 850MHz 直接调制发射机实现方案
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ω RF=ω LO,大功率本振信号向天线端窜透,对 附近邻信道通信造成干扰(本振泄漏);
2. 自混频,造成输出信号直流漂移
低噪放
A B
低通滤波器
cos ωLO t
B
C
X
模数转换
本振泄漏
低噪放 A
(a) 低通滤波器
C X
模数转换
强干扰泄漏
cos ωLO t
(b)
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自混频产生的直流漂移机制
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ƒC =ƒIC+ƒL
下/上变频
一个典型的GSM手机收发系统框图 单次变频超外差式接收机结构适用于信号载频 远高于中频频率的情况,存在选择性和灵敏度之间 矛盾。 12
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DCS1800/PCS1900 单次变频采样接收机实现 13 方案
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二次变频超外差式接收机
RF IF1
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零中频(直接下变频)接收机
LPF
限幅检测
本振 BPF LNA π/2 LPF
限幅检测
零中频接收机结构框图
零中频接收机特点
1. 结构简单。 2. ω LO=ω RF,从而将调制的RF信号直接变 频到基带信号,不存在镜像干扰; 17
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零中频接收机缺点
1. 信道间隔离度差(频率窜透)
LO RF 0 , LO im 0
VC (t ) VIF V VRF cos(LO RF )t im cos( LO im )t 2 2 (t ) VC (t ) VB (t ) VRF cos(LO RF )t
镜频抑制接收机设计原则
灵敏度考虑
1.接收微弱信号的能力; 2.线性动态范围。 空间信号不但微弱,而且路径多样性, 其信号大小起伏变化。
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&1.3 无线发信机结构及特点
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发信机的主要结构
1. 直接调制发射机 2. 间接调制发射机
直接调制发射机
调制和上变频合二为一的发射机
PA BPF BB
本振1 (LO1)
BPF (1) LNA BPF (2)
IF1 IF 2
IF1 Amp (1) BPF (3)
LO1
本振1 (LO1)
LO 2
本振2 (LO2)
IF2 Amp (2)
解调
பைடு நூலகம்
二次变频超外差式接收机结构框图
二次变频超外差式接收机特点
1. 第一中频高有利于镜频抑制,频带选择性好; 2. 第二中频低有利于IFA稳定性,降低解调器技 术要求。
零中频接收机缺点(续)
3. 1/f噪声效应严重 4. 存在LNA偶次谐波失真干扰 零中频接收机设计原则 1. 保证ω LO与ω RF同频,且彼此之间的相位 关系固定,需要载波提取与锁相同步。 2. 混频器应有较高的线性度。 3. 端口间隔离度要求高。
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低中频接收机方案
RF
IF RF LO 0
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直接调制数字发射机
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I
信源 处理
DSP
LO
PA 匹配网络
п/2
Q
直接调制数字发射机框图
直接调制数字发射机特点
1.无镜像干扰, 无中频干扰; 2.难以消除载漏, 本振牵引现象; 3.两路电特性不一致时达不到预期效果。
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间接调制发射机
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调制和上变频分开的发射机-在较低中频上完成 信号调制, 再将已调信号上变频至RF频段。
BPF (2) LF Amp BPF (3) 解调
BPF (1)
LNA
LO
本振(LO)
低中频接收机特点
1. 类似一次变频接收机,fIF低,可用交流耦合;
2. 端口间隔离度能够做得高。
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镜频抑制接收机(Hartley接收机)
利用带通信号移相π/2 (Hilbert变换 的正交滤波)特性,实现镜频抑制。
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全数字接收机(软件无线电接收机)
BPF 本振 BPF ADC
LNA
ADC
-п /2 BPF ADC
DSP Chip
全数字接收机框图
接收机RF前端设计考虑
选择性考虑 1.选出有用信号(较容易);
2.抑制干扰和无用信号(困难)。
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接收机RF前端设计考虑(续)
900MHz GSM通信,信道间隔200KHz,要 求选频滤波器要有较高Q值。若中频选取不 当,很难抑制镜像干扰!
ƒR
A电台:14.09 MHz 100 W B电台:15.00 MHz 10 kW
预选器频响曲线
混频
滤波
中放
ƒI
解调
低放
喇叭
预选器
ƒLO
本振 LO
ƒIM=ƒR+2ƒI
ƒ1
ƒ2
ƒI = 455kHz
ƒIM
14.09 14.545 15.00
解决方法:阻止镜像频率信号进入下变频器 1. 使用镜频抑制滤波器: fIF=or>BW60dB/4 9 2. 选择高中频:将导致信道选择性变差
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