无线通信收发系统结构书中课件.ppt

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1、第二章 无线通信收发系统结构(书中第四章),电子科技大学 蔡竟业,无线通信系统基本模型,无线发信系统基本结构,无线收信系统基本结构,无线通信系统基本模型,发送系统任务是完成基带信号对载波的调制，并将其变频至特定的通信频段，再以足够的功率有效地发射出去。,RF系统主要性能指标,RF发送系统主要性能指标,频谱纯度：减少它对相邻信道的干扰发射功率：保证特定通信距离系统效率：减少系统功耗,接收系统任务是是从众多电磁波中选出有用信号，经变频、放大后解调出基带信号。,对于单机收发系统，当共用天线时，收发信道必须有良好的隔离度。,选择性；减少其相邻信道的干扰灵敏度；保证特定通信距离和正确解调。,无线通信系统

2、设计中关键技术问题,（1）选用合适的调制方式与解调措施;（2）足够的选择性与灵敏度;（3）高效率功率放大器;（4）发射信号的优良频谱纯度(特性);（5）良好的天线效率;（6）天线及收发信道间隔离度。,RF接收系统主要性能指标,&2.1 无线接收系统,无线接收系统设计考虑,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)。,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！,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。,超外差式接收机单次变频超外差式接

3、收机两次变频超外差式接收机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,无线接收系统结构,BPF1作频带选择,BPF2作信道选择,实现二者分离;合理分配系统增益,放大器稳定性好.3.适用于信号载频远高于中频频率的情况;4.在较低固定中频上放大，ADC和解调较容易。,单次变频超外差式接收机特点,单次变频超外差式接收机缺点,1.镜像干扰;选择IFB/2和镜像抑制滤波器;2.组合干扰;减小混频器非线性为主-寄生通道干扰;3.存在选择性和灵敏度之间矛盾.,单次变频超外差式接收机,例：GSM下行频段935-960MHz，若选fIF=10MHz，试确定本振频率及干扰镜频范围。,低本振情况,解：高本振

4、情况,fRF位于频段低端，fim位于频段内高端。,fRF位于频段高端，fim位于频段内低端。,从上可见,若选择fIF=10MHz,无论选择高本振或低本振时,fim都位于有用信道之内,无法用BPF1滤掉,成为干扰信号。,若增大fIF至70MHz，则采用高本振或低本振，镜频都不会进入通信频段，故可用BPF1滤除掉,从而消除镜频干扰。,二次变频超外差式接收机,高第一中频有利于镜频抑制，有好的信道选择性;低第二中频有利于IFA的稳定性和降低对解调器的要求。,二次变频超外差式接收机特点,第一中频IF1尽量高以便于抑制镜像干扰。第二中频IF2尽量低以便于抑制邻道干扰和降低解调器难度。信道增益的大部分由IF

5、A2完成。,二次变频超外差式接收机设计原则,LO=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。,零中频(直接下变频)接收机,零中频(直接下变频)接收机特点,（1）集成化（2）无镜频干扰,（1）信道间隔离度差(频率窜透)RF=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;混频器各端口信号间相互窜透-自混频,造成输出信号直流漂移。,零中频(直接下变频)接收机缺点,（2）要求LO与RF同频，且彼此之间的相位关系固定，从而需要载波提取与锁相同步。（3）混频器应有较高的线性度。（4）端口间隔离度要求高。,一种改进方案(宽带零中频接收机),借鉴二次外差式接收机抑制干扰能力强

6、的特点，对零中频接收方案的改进,应用AFG（本振自锁相）克服了直流漂移问题。,另一种改进方案-低中频接收机,镜频抑制接收机,Hartley镜频抑制接收机,实现镜频抑制的设计要求,利用带通信号移相/2(Hilbert变换的正交滤波)特性,实现镜频抑制。,（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(参见pp151中图4.2.14变换频谱图)。,Weaver镜频抑制接收机,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！,数字中频接收机,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。,数字中频中频接收

7、机设计要点,A.注意ADC性能（1）为抑制镜频干扰，则中频较高，要求ADC采样频率(速度)也很高;（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。,B.注意DSP芯片性能（1）运算速度;（2）运算字长;（3）稳定性等。,全数字接收机(软件无线电接收机),AGC电路,接收机接收的信号电平起伏很大，为得到稳定的中频输出，接收机前端中都有AGC(Automatic Gain Control)电路。,中放输出信号经幅度检测后与设定门限相比较，高过门限值控制放大器降低增益；反之，则控制放大器提

8、高增益,从而保障输出中频信号幅度基本恒定。,AFC电路,中放输出经鉴频器将偏离中频的频差转换为电压，然后去控制本振频率减小差值，使中频频率恒定。有利于减小中频带宽，提高灵敏度与选择性;对零中频接收机则可减小DC漂移的影响。AFC现在多为PLL所取代。,接收机接收的信号频率随时间变化，为得到稳定的恒定中频信号，接收机前端中有AFC(Automatic Frequency Control)电路。,&2.2 无线发射系统,无线发射系统设计考虑,一、频谱纯度(IMn,ACPR)必须满足ITU频谱管理规定及通信标准，避免对其他信道的干扰。二、功率 一定的传送距离就要求发射信号必须达到一定的功率。三、效率

9、 系统效率非常重要,特别是移动终端设备。,无线发射系统效率包括：（1）功率放大器的效率;（2）天线的发射效率;（3）信道中信号传输效率(匹配,线路损耗等)。,无线发射系统结构,一、直接调制发射机 调制和上变频合二为一的发射机,结构简单;收/发同机时发射开断切换,PA工作会对LO产生负载牵引-改进方法(两VCO);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。,直接调制发射机特点,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。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

10、案焕发新春。,直接调制数字发射机,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。,二、间接调制发射机 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。,间接调制发射机特点,克服直接调制发射机的缺点(负载牵引,效率不高,et al);两次上变频降低了滤波器要求，有助于复杂调制;,3.存在变频组合干扰;4.结构复杂。,间接调制数字发射中增加了一个中频，两路正交调制(I/Q)支路电特性易于做到一致。,RF电路集成化是当今技术发展的趋势和应用要求。任何基本电路（如放大器、混频器等）当确定其性能优

11、良和可靠，便很快有集成化产品诞生。全球每天都有成百上千的新型RFIC问世，并迅速应用于移动通信等广阔市场。,&2.3 集成化无线通信收/发系统,MC3363 集成FM接收机芯片,典型的集成无线通信收/发机芯片,MC3363 集成FM接收机芯片内部结构,1个LNA、2个混频器、多级放大器、比较器、2个本振、解调器、静噪电路等。,LNA 工作到450MHz(VHF频段);12dB输出信噪比时，输入灵敏度为0.3uV;60dB AGC。,MC3363 集成FM接收机芯片功能,Wide Input Bandwidth 200 MHz Using Internal Local Oscillator Wi

12、de Input Bandwidth 450 MHz Using External Local Oscillator RF Amplifier Transistor Muting Operational Amplifier Complete Dual Conversion Low Voltage:VCC=2.0 V to 6.0 V dc Low Drain Current:ICC=3.6 mA(Typical)at VCC=3.0 V,Excluding RF Amplifier Transistor Excellent Sensitivity:Input 0.3 mV(Typical)fo

13、r 12 dB SINAD Using Internal RF Amplifier Transistor Data Shaping Comparator Received Signal Strength Indicator(RSSI)with 60 dB Dynamic Range Low Number of External Parts Required,MC3363 集成FM接收机芯片应用1,MC3363 集成FM接收机芯片应用2,MC3363 集成FM接收机芯片应用3,工作频率达到1GHz，其最大输出功率10dBm。,MC13175 集成FM/AM发射机芯片,UHF Current Co

14、ntrolled Oscillator Uses Easily Available 3rd Overtone or Fundamental Crystals for Reference Fewer External Parts Required Low Operating Supply Voltage(1.8 to 5.0 Vdc)Low Supply Drain Currents Power Output Adjustable(Up to+10 dBm)Differential Output for Loop Antenna or Balun Transformer NetworksASK Modulated by Switching Output On and Off(MC13175)fo=8 x fref;(MC13176)fo=32 x fref,MC13175 集成FM/AM发射机芯片功能,MC13175 集成FM/AM发射机芯片应用1,MC13175 集成FM/AM发射机芯片应用2,&4.4 无线通信收发机(系统)性能及链路指标计算,请同学们自修pp154-160内容!,习题,pp160-1614.4,4.5,4.9,4.10,