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1、第四章 发射机/接收机结构,本章内容: 概述 发射机的构成与功能 接收机的构成与功能 接收机方案 超外差式接收机 直接下变频方案 镜频抑制接收方案 数字中频方案 发射机方案 性能指标,本章作业：4-8/4-10（4不要求）,1.1 概述,1.1-1 通信终端的构成 按工作频率划分,按功能模块划分,双工器,发射机,接收机,中频单元,射频单元,基带处理,信息处理,1.1-2 双工器,（1）频分双工（FDD）,工作方式：单工/半双工/双工,（2）时分双工（TDD）,发射通道和接收通道在频率上分离 优点：处理简单 缺点：占用频率资源宽,发射通道和接收通道在时间上分离 优点：在单一载频上实现发射和接收
2、节省频率资源 缺点：用户容量受限,双工方式：,1.1-3 发射机的构成与功能,模块化组成框图,发射机的作用, 将基带信号调制到射频载波上去，变成射频已调信号； 使射频已调信号具有足够大的发射功率，通过天线辐射到自由空间。,各模块的功能,功率控制器 控制发射信号的发射功率,中频信号 射频信号,上变频,功率放大器 放大射频信号，具有足够大的发射功率,中频振荡器 产生中频正弦载频信号,射频振荡器 产生射频正弦单频信号,频率相加= 射频载波频率,上变频器 将中频信号搬移到所需的射频频段,带通滤波器 抑制发射机的带外杂散，避免产生干扰信号,天线 电信号转换为电磁波辐射到自由空间,发射信号带外杂散可能造成
3、的干扰 信道带宽是限定允许通过该信道的信号下限频率和上限频率,1）干扰相邻发射信道,2）干扰接收机,3）干扰其他通信系统,工作频率 发射机工作频带的中心频率 工作频带(宽度) 发射机的工作频率范围 调制方式 载波携带基带信号的方式 信道带宽 每个信道所占用的频带宽度 信号带宽 发射信号占用的频谱宽度 发射功率 功率放大器端口输出的功率 带外杂散辐射 发射有用信号以外的离散频率上的辐射 本振相位噪声 以偏离中心频率某一位置处噪声大小表征 频率稳定度 发射信号的频率相对于信道标称值的误差,主要技术指标,说明：针对不同的通信系统，性能指标的描述会有所不同,1.1-4 接收机的构成与功能,接收机的作用
4、,模块化组成框图, 将射频频率变换为适合信号解调的频率-下变频, 选择工作频带和信道-选出有用信号滤除干扰, 将微弱信号放大到解调器所要求的电平值, 从接收到的已调信号中提取出基带信号-解调,各模块的功能,低噪声放大器 对接收到的微弱射频信号进行低噪声放大,天线 自由空间电磁波转换为射频电信号,自动增益控制 接收信号电平一定范围变化时,保证解调器输入信号电平维持不变,频带选择滤波 从众多无线电波中选出工作频带内的信号，抑制频带外干扰信号,工作频率 接收射频信号的中心频率 工作频带(宽度) 接收机的工作频率范围 解调方式 从已调信号中提取基带信号方式 信道带宽 每个信道所占用的频带宽度 信号带宽
5、 接收信号占用的频谱宽度 接收机灵敏度 接收机所能检测的最低信号电平（在一定误码率条件下） 信号动态范围 接收机高性能工作所能承受的信号变化范围 杂散辐射 接收机自身产生的辐射 本振相位噪声 以偏离中心频率某一位置处噪声大小表征 本振频率稳定度 本振频率相对于信道标称值的误差,主要技术指标,1.1-5 接收机/发射机设计的关键问题, 调制/解调方式的选择 抗干扰性能好 频带利用率高 功率有效性好, 接收机选择有用信号而抑制干扰 抑制相邻信道干扰 杂散干扰或恶意干扰, 接收机的灵敏度/线性动态范围, 高效率线性功率放大器的设计, 发射信号对相邻信道、接收机和其他通信系统的干扰, 天线收发转换器的
6、插入损耗小，收发隔离度高,接收前端噪声系数应尽可能低、接收信号强弱变化适应能力要强,1.2-1 超外差式接收机,1.2 接收机方案,1. 基本结构方案, 基本结构方案 二次变频方案,天线-电磁波转换为电信号，有一定的带宽和增益,BPF1-频带选择，宽带滤波，要求带外抑制高、插入损耗小,小信号放大器-射频低噪声放大，要求噪声系低、增益高,模块化组成框图,各模块功能,变频器-射频信号经变频器变成中频信号-超外差典型特征,变频特点：线性频谱搬移 频率降低 频谱结构不变,实现方法：理想乘法器,射频信号：,本地振荡信号：,中频信号：,相乘滤波,三端口,中频放大-主放大级，一般增益设计得较高，频率低易实现
7、,BPF2- 信道选择，带外抑制要高，减小相邻信道间相互干扰 滤出变频器的非线性产生的不需要的组合频率成分,自动增益控制（AGC）-接收信号电平变化时,维持解调器输 入端信号电平不变,接收机信号流程,解调器-从中频信号中恢复出基带信号,上行频带: 890 915MHz（移动台发/基站收，带宽 25MHz） 下行频带: 935 960MHz（移动台收/基站发，带宽 25MHz） 信道带宽: 200KHz,例GSM通信系统：,信道与频带关系：,采用基本结构方案的考虑,（1）为了解决选择性-,GSM,射频：选频带（如GSM 25MHz）,射频选择频带,中频选择信道,中频：选信道（如GSM 200KH
8、z）,选择信道困难，相同带宽滤波器要求Q值极高( ),设备通用性考虑，可通过调整本振频率改变接收信道,容易实现，相同带宽滤波器要求Q值较低 不影响设备通用性，由两级中频滤波器BPF2完成,（2）为使接收机有稳定的高增益,天线接收电平一般很低（-120 -100dBm， 级）,解调器输入端一般要求约 100dBm,系统总增益： 大于100dB,优点： 增益分散在射频和中频两个频段，放大器易稳定 主增益级在中频，频率低高增益易实现且稳定,总增益射频增益 + 混频增益 + 中频增益 + 滤波器插损,（3）在较低的固定中频上解调或A/D变换也相对容易,考虑混频器插入损耗和滤波器插入损耗,采用低噪声放大
9、器的考虑,多级级联网络噪声系数计算公式：,（1）降低前端放大器自身对接收信号信噪比的影响,（2）高增益低噪声设计可压低后级电路(特别是混频器)的 噪声系数对接收机总噪声系数的贡献，提高接收灵敏度。,选频滤波器与LNA位置关系,（1）前置：滤除带外干扰，减少LAN非线性造成的互调干扰,（2）后置：利于降低接收机噪声系数,频谱搬移基本方法：,变频器作用-实现频谱搬移,变频器引入众多的组合频率干扰,（1）理想乘法器作变频器：, 理想乘法器 非线性器件（平方律）,不产生其他频率成分,超外差接收机的主要缺点,滤波：,（2）非线性器件作变频器,非理想平方律特性混频,组合频率落在中频信号带内，产生干扰-寄生
10、通道干扰,理想平方律特性混频,非线性器件描述：,实现混频的同时产生组合频率：,实现了混频,若 很小， 会落在中频信号带内，滤波器无法滤除，,变频器引起的组合频率：,1）接收信号只含射频有用信号（无干扰信号）,解调后 会和有用信号一起输出，出现频率为,寄生通道干扰存在的形式,“哨叫”,2）接收信号中伴有单频干扰,-三阶互调干扰,滤波器无法滤除 形成干扰,产生组合频率,落在中频信号带内,镜像频率定义：位于本振另一侧，与有用信号位置对称的频率,消除镜像频率干扰的方法：,若中频较低，滤波器滚降系数难保证,解决方法: 提高中频频率,3）镜像频率干扰,如果镜像位置存在某信号，变频后会落在中频带内造成干扰,
11、射频前端加镜频抑制滤波器，阻止镜频信号进入变频器,镜频抑制滤波器实现难点：,中频频率选择与接收机性能：,高中频-镜像频率远离有用信号,优点： 利于实现镜频干扰抑制,低中频-镜像频率离有用信号较近,优点：相同Q值条件下，中频滤波器带窄，利于信道选择,解决方案-超外差式二次混频方案,缺点：相同Q值下，滤波器带宽变大，降低对相邻信道 干扰抑制能力，降低信道选择性能,缺点：不利于抑制镜像干扰,抑制镜像干扰-抑制相邻信道干扰？矛盾！,2.二次变频方案,中频选择,II中频采用低中频，利于提取有用信号抑制邻道干扰,I中频采用高中频，以提高镜象频率抑制能力,三个滤波器的功能、中心频率与带宽？,射频滤波器,I 中频滤波器,II 中频滤波器,总增益 低噪放增益 I中频增益 II中频增益 插入损耗,组成结构：,增益分配：分配在三个频段上，有利于接收机稳定工作,二次混频超外差接收机实例（IS-19蜂窝移动电话接收机）,
