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第一章 无线收发机射频前端结构

目录

  • 本章内容
  • 1.1 射频前端功能及性能参数
    • 无线发信机射频前端 功能
    • 无线发信机射频前端 性能参数
    • 无线收信机射频前端 功能
    • 无线收信机射频前端 性能参数
    • 无线收发机射频前端 功能及指标参数
  • 1.2 无线接收射频前端结构及特点
    • 单次变频超外差接收前端结构及特性
      • 组合干扰(寄生通道干扰)产生机制

本章内容

无线收信/发信机射频前端功能及性能参数
无线收信机射频前端结构及特点
无线发信机射频前端结构及特点
集成无线收发机射频前端结构及特点

理解无线通信收发机的性能参数定义，掌握超外差、零中频、低中频、数字中频等典型无线通信接收机、发射机中射频前端的结构、 特性及应用领域，了解典型集成收发射频前端结构及其发展趋势。

1.1 射频前端功能及性能参数

无线发信机射频前端 功能

超外差式发射前端结构
第一章 无线收发机射频前端结构_第1张图片
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。

无线发信机射频前端 性能参数

  1. 工作频率/带宽
    GSM900MHz/1800MHz,BW=25MHz
    WCDMA2100MHz(2.11-.17GHz), BW=60MHz,信道带宽=5MHz
  2. 发射功率
    保证通信距离，降低功放功耗
    GSM手机发射功率：30-36dBm
    WCDMA手机发射功率：31dBm
  3. 发射射频信号的频谱纯度
    减少对相邻信道的干扰，须满足通信标准和无线电频谱规范
    GSM手机发射信号频谱MSK标准

第一章 无线收发机射频前端结构_第2张图片
杂散辐射

9KHZ~1GHZ 1~12.75GHZ 935~960MHZ
250nW （–36dBm） 1W（–30dBm） 4PW（–84dBm）
  1. 输出射频功率控制范围
    自适应调剂输出射频功率，减少移动终端功耗
  2. 互调衰减度
    减少对相邻信道的干扰，须满足通信标准和无线电频谱规范
  3. 相位误差
    相位误差定义为发射射频信号的相位与理论上最好信号(如 GSM按GMSK理论上调制出来的信号)的相位误差。 GSM标准规 定一个时隙内，发射信号的相位误差的方均根应不大于5°， 峰值小于20°
    载波频率精度 如GSM标准规定其载波频率精度0.1ppm（1×10–7）
  4. DC-RF效率/系统效率
    降低功放及系统功耗

无线收信机射频前端 功能

超外差式接收前端结构
第一章 无线收发机射频前端结构_第3张图片
从复杂的电磁波谱中选择出微弱的有用射频信号， 经下变频、滤波、放大后, 解调出基带信号

无线收信机射频前端 性能参数

  1. 工作频率/带宽
  2. 选择性
    滤波消除/减少干扰信号、寄生频率 信号的影响，提升频带/信道信噪比。
  3. 灵敏度/噪声系数
    保证通信距离并正确解调所要求的最小 输入信号强度。元器件及电路存在固有 噪声，须低噪声地放大微弱RF/IF信号
  4. 动态范围
    正确解调出输入射频信号的最小/最大值确定的变化范围
  5. 线性度（IIP3）
    确定了正常接收的最大输入信号电平
  6. 阻塞、杂散、邻道干扰的响应抑制
    抑制串音和杂散等抗干扰能力

GSM手机的接收前端典型性能指标

  1. 灵敏度：–102dBm@BER=10–5 （静态）
  2. 抗阻塞电平：113dBμV
  3. 互调抑制：70dBμV（–43dBm）
  4. 杂散抑制：70dBμV
  5. 杂散发射：9KHZ-1GHZ≤20nW（–57dBm）
    1-12.75GHZ≤20nW（–47dBm）

无线收发机射频前端 功能及指标参数

功能
无线信息发射
无线信息接收

无线收发机工作方式
单工，半双工，全双工

主要性能参数

  1. 工作频率/带宽
  2. 频谱纯度
  3. 发射功率/DC-RF效率
  4. 选择性
  5. 灵敏度/动态范围
  6. 系统效率

收发通道集成化收发机射频前端 共用/复用一个天线时，收发信 道间必须有良好的隔离度

集成无线收发机前端结构
图 1.19 超外差式收发机结构
第一章 无线收发机射频前端结构_第4张图片

1.2 无线接收射频前端结构及特点

接收射频前端的典型结构（方案）

  1. 超外差式接收(单次变频、两次变频)前端
    超外差接收结构是利用本地振荡波与输入信号混频，将输入信号频率 变换为某个预先确定的频率信号的方 法，适用于远程高频率弱信号接收
  2. 零中频接收前端
  3. 低中频接收前端
  4. 镜频抑制接收前端
  5. 全数字（软件）接收前端

单次变频超外差接收前端结构及特性

图 1.4 单次变频超外差式接收机射频前端的结构框图
第一章 无线收发机射频前端结构_第5张图片
第一章 无线收发机射频前端结构_第6张图片
阿姆斯特朗1918年提出超外差原理：输入音频->超音频
优点

  1. BPF1射频滤波作频带选择, BPF2中频滤波作信道选择, 实现了频带选择和信道选择的分离
  2. 合理分配系统增益, 降低了RF LNA的增益要求,RF LNA 稳定性高
  3. 在较低固定中频上高增益放大，有利于ADC和解调实现

缺点

  1. 存在组合干扰(寄生通道干扰)
  2. 存在镜像频率信号干扰
  3. 存在选择性和灵敏度之间矛盾

第一章 无线收发机射频前端结构_第7张图片

组合干扰(寄生通道干扰)产生机制

RF信号频率：RF
本振信号频率：LO
理想混频器是一个乘法器，其输出信号

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