通信電子電路(第4章)

第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)4.1概述通信機(jī)基本結(jié)構(gòu)射頻級基本結(jié)構(gòu)發(fā)射部分接收部分天線公用器本章主要內(nèi)容：介紹發(fā)送、接收機(jī)的結(jié)構(gòu)方案主要指標(biāo)目前一頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)1第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)②完成基帶信號對載波的調(diào)制

通帶信號（已調(diào)波）③將通帶信號搬移到所需的頻段上變頻④放大到足夠的功率并發(fā)射⑤不干擾相鄰信道限制頻帶主要指標(biāo)：頻譜、功率、效率射頻發(fā)射級的基本組成及完成功能：①產(chǎn)生正弦載波目前二頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)2第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)射頻接收級的基本組成及完成的功能①從眾多的電波中選出有用信號選頻、濾除干擾②將微弱信號放大到解調(diào)器所要求的電平值放大③將通帶信號變?yōu)榛鶐盘?/p>

解調(diào)接收機(jī)的主要指標(biāo)：靈敏度、選擇性目前三頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)3第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)設(shè)計(jì)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的射頻部分時應(yīng)解決的關(guān)鍵問題①選用合適的調(diào)制和解調(diào)方式

抗干擾性能好、頻帶利用率高、功率有效性好②接收機(jī)選出有用信號、抑制干擾信號難點(diǎn)——已調(diào)信號載頻高、信道窄

③接收機(jī)的靈敏度和線性動態(tài)范圍

④發(fā)射機(jī)的高效率不失真的功率放大器

⑤限制發(fā)射信號對相鄰信道的干擾

⑥

天線收發(fā)轉(zhuǎn)換器的損耗小，隔離性好目前四頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)4第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)4.2.1超外差式接收機(jī)變頻器功能：將接收到的射頻不失真的降低為一個固定的中頻關(guān)鍵部件：下變頻器變頻特點(diǎn)：

①頻率降低②頻譜結(jié)構(gòu)不變4.2接收機(jī)方案基本結(jié)構(gòu)方案目前五頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)5第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)（1）為了解決選擇性結(jié)果：射頻段選擇信道非常困難要求濾波器Q值極高上行頻帶:890~915MHz（移動臺發(fā)、基站收）下行頻帶:935~960MHz（移動臺收、基站發(fā)）每個信道:200KHz

GSM通信系統(tǒng)特點(diǎn)：信道帶寬遠(yuǎn)比載頻小射頻段選擇頻帶降為中頻、選擇信道措施：降低頻率選信道為什么要將接收到的射頻頻率降低？兩個概念頻帶信道目前六頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)6第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)（2）為使接收機(jī)達(dá)穩(wěn)定的高增益天線輸入電平約為-100~-120dBm（mV級）解調(diào)器輸入一般要求約500mV要求增益大于100dB以上總增益＝射頻增益＋混頻增益＋中頻增益結(jié)果：①增益分散在各頻段，易穩(wěn)定②中頻頻率低且固定，增益易大而穩(wěn)定（主要增益級）（3）在較低的固定中頻上解調(diào)或A/D變換也相對容易

目前七頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)7第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)超外差接收機(jī)各級功能低噪聲放大器——射頻放大變頻器——頻譜搬移中頻放大——選信道、主增益級目前八頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)8第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)基本實(shí)現(xiàn)方法變頻功能——頻譜搬移超外差接收機(jī)的主要缺點(diǎn)——變頻器引入眾多的組合頻率干擾產(chǎn)生眾多組合頻率的原因？非線性器件不是理想平方律特性產(chǎn)生組合頻率非線性器件濾波器濾波器不理想目前九頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)9第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)組合頻率當(dāng)小于中頻帶寬時，通過濾波器輸出

變頻器引起的寄生通道干擾非線性器件濾波器②當(dāng)輸入端伴有干擾信號時①輸入端沒有其它干擾信號組合頻率通過中頻濾波器輸出三階互調(diào)干擾目前十頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)10第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)鏡像頻率干擾——重要的寄生通道干擾什么是鏡像頻率？后果如何？前端濾波器濾除消除鏡像頻率干擾的方法：不讓鏡頻信號進(jìn)入變頻器解決方法:

提高中頻濾波器實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)？射頻濾波器通帶做不窄目前十一頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)11中頻選擇：第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)根據(jù)抑制鏡頻通道要求（鏡像抑制比為60dB）根據(jù)抑制寄生通道干擾：

和冪級數(shù)展開系數(shù)有關(guān)。高放BPF1特性高放BPF1特性根據(jù)中頻濾波器的可實(shí)現(xiàn)性（采用現(xiàn)成的集總參數(shù)濾波器）根據(jù)抑制中頻干擾要求（中頻抑制比為80dB）目前十二頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)12第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)高中頻和低中頻的利弊高中頻——鏡像頻率遠(yuǎn)離有用信號，濾波容易優(yōu)點(diǎn)：

利于抗鏡頻干擾低中頻——相同Q值條件下，中頻濾波器窄帶優(yōu)點(diǎn)：利于選擇信道、穩(wěn)定的高增益兩者兼顧最佳方案——超外差式二次混頻方案選擇中頻兼顧兩者目前十三頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)13第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)3.二次變頻方案中頻選擇原則II中頻采用低中頻值，利于提取有用信道抑制鄰道干擾I中頻采用高中頻值，以提高鏡象頻率抗拒比三個濾波器的功能、中心頻率與帶寬射頻濾波器I中頻濾波器II中頻濾波器總增益＝低噪放增益＋I(xiàn)中頻增益＋I(xiàn)I中頻增益（主要增益級）目前十四頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)14第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)二次混頻超外差接收機(jī)實(shí)例目前十五頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)15I混頻：中頻干擾45(MHz),鏡頻干擾971(MHz)第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)881MHz45MHz455KHz926MHz971MHz44.545MHz44.09MHz45MHz44.09MHz455KHzII混頻：中頻干擾455(KHz),鏡頻干擾44.09(MHz)目前十六頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)16第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)4.2.2直接下變頻方案（零中頻方案）

方案特點(diǎn)：中頻為

方案優(yōu)點(diǎn)：①

不存在鏡像頻率，無鏡頻信號干擾②可用低通濾波器選擇信道③易解決匹配、線性動態(tài)范圍等問題目前十七頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)17第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)直接下變頻方案存在的問題

1.本振泄露–本振信號從射頻口輸出關(guān)鍵原因:本振頻率與信號頻率相同2.LNA偶次諧波失真干擾

兩個頻率相近的干擾非線性的偶次項(xiàng)引起的差頻≈0漏過、形成干擾目前十八頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)18第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)3，直流偏差①由本振泄漏引起的直流偏差②強(qiáng)干擾的自混頻引起的直流偏差目前十九頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)194.2.3鏡頻抑制接收方案a.Hartley方案第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)目前二十頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)20a.Hartley方案第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)難度：1，要求兩路完全一致。2，90o移相必須準(zhǔn)確。目前二十一頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)21b.Weaver方案：第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)目前二十二頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)22第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)如圖為直接變頻方案示意圖：目前二十三頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)23第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)wI1wI2wI1wI2=wI1-w2j/2-j/2sinw1tcosw1t目前二十四頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)24數(shù)字中頻方案：二中頻以下信號處理數(shù)字化--軟件定義無線電第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)優(yōu)點(diǎn)：處理靈活缺點(diǎn)：對A/D要求高：速度、分辨率(量化噪聲)、動態(tài)范圍、線性度目前二十五頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)254.3發(fā)射機(jī)方案第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)直接變換正交調(diào)制發(fā)射機(jī)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單缺點(diǎn)：輸出端強(qiáng)信號影響本振，穩(wěn)定性差。目前二十六頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)26第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)兩步變換正交調(diào)制發(fā)射機(jī)優(yōu)點(diǎn)：避免本振牽引，調(diào)制易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：上變頻濾波器實(shí)現(xiàn)難度大。目前二十七頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)27雙偏置本振方案：第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)

兩個本振頻率與輸出頻率差別大，不易被輸出強(qiáng)信號干擾。目前二十八頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)28發(fā)射機(jī)前端實(shí)例：第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)目前二十九頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)294.4無線發(fā)射接收機(jī)的性能指標(biāo)GSM系統(tǒng)的基本參數(shù):1)頻段： 935-960MHz(基站發(fā)，下行) 890-915MHz(移動臺發(fā)，上行)DCS1800: 1805-1815(BS→MS) 1710-1720(MS→BS)DCS系統(tǒng)以GSM為工作平臺，僅改變了無線工作頻率，故稱為GSM900/1800系統(tǒng)。2)頻帶寬度：25MHz3)載波間隔：200KHz4)信道總速率：270.83Kbit/s5)調(diào)制方式：GMSK(高斯最小頻移鍵控)6)數(shù)據(jù)速率：2.4,4.8,9.6Kbps第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)目前三十頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)307)通信方式：TDMA/FDMA/FDD25MHz頻段分為125個頻道(FDMA：FrequencyDivisionMultipleAccess—頻分多址)；每個載波含8個時隙(TDMA：TimeDivisionMultipleAccess—時分多址)；一對雙工載波各用一個時隙構(gòu)成一個雙向信道(FDD：FrequencyDivisionDuplex頻分雙工)。8)語音編碼：RPE-LTP(規(guī)則脈沖激勵長期預(yù)測編碼)。速率13Kbps。20ms分段，分別進(jìn)行：線性預(yù)測分析、長周期預(yù)測、激勵分析，分別得到36,36,188比特，共260比特。第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)目前三十一頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)319)信道編碼：182個差錯敏感比特＋3奇偶校驗(yàn)比特＋4尾比特→碼率為1/2，約束長度為5的卷積碼(182+3+4)2=378bit78個誤差不敏感比特直接傳輸總碼率=378+78=456bit為抗突發(fā)性干擾，還要進(jìn)行交織處理，把40ms中的語音比特(2*456=912)組成8*114矩陣，按水平寫入垂直讀出的原則，獲得8個114比特的信息段，占用一個時隙逐幀進(jìn)行傳輸。收端按垂直寫入水平讀出的原則解交織(去交織)，恢復(fù)數(shù)據(jù)。第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)目前三十二頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)321，發(fā)信機(jī)技術(shù)指標(biāo)（1）平均載頻功率（2）發(fā)信載頻包絡(luò)（3）射頻功率控制（4）射頻輸出頻譜（5）雜散輻射（6）互調(diào)衰減（7）相位誤差（8）頻率精度2，接收機(jī)指標(biāo)（1）靈敏度（2）阻塞和雜散響應(yīng)抑制（3）互調(diào)響應(yīng)抑制（4）鄰道干擾抑制（5）雜散輻射第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)目前三十三頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)333，系統(tǒng)指標(biāo)分配與計(jì)算對各功能單元電路的要求：（1）天線雙工器的插入損耗必須小。（2）低噪聲放大器必須具有很低的噪聲、合適的增益、高的三階互調(diào)截點(diǎn)及低的功耗。（3）混頻器應(yīng)有高的三階互調(diào)截點(diǎn)及低的噪聲。（4）頻率合成器應(yīng)有低的相位噪聲、切換速度快。（5）濾波器的中心頻率的熱漂移要小、頻率響應(yīng)誤差小。第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(ArchitectureofTransmitterandReceiver)目前三十四頁\總數(shù)四十二頁\編于二十點(diǎn)34第四章發(fā)送、接收機(jī)結(jié)構(gòu)(Architect