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1、2.1 2.1 接收机结构接收机结构 接收机基本上是由放大器、滤波器、混频器等部件将模拟输入信号放大、滤波并进行若干次频率搬移或变换，再通过ADC采样，送计算机或DSP作进一步处理。 根据ADC采样处的信号频率、接收机的变频次数等因素将接收机结构划分为： 基带采样：基带采样：包括超外差结构、直接下变频(零中频)结构、镜像频率抑制结构、低中频结构等。 中频采样：中频采样：窄带中频和宽带中频带通采样 射频直接采样：射频直接采样：全宽开低通采样、射频直接带通采样。 此外根据ADC采样频率和信号带宽的关系又分为： 带通采样：带通采样：采样频率取 低通采样：低通采样：大于Nyquist采样率进行采样 1
2、向上教学n原理框图原理框图2.2 2.2 超外差结构接收机超外差结构接收机1、RF信号经带通滤波器滤除带外干扰2、低噪声放大器LNA放大，以减少后级电路噪声的影响。3、LNA的输出经镜频抑制滤波器滤除镜频信号(镜频抑制)4、送入混频器输入端与频率可调谐的本振信号混频，变频到固定中频5、中频信号经过高Q值的选择滤波器、放大器处理后送入第二级变频器，与固定频率的两路正交本振信号混频，产生同相和正交两路信号输出，再经低通滤波后得到两路基带6、在基带内完成低通滤波、相位补偿、均衡、数字化等处理工作。其中变频级多采用一次变频或二次变频方案。(混频器与变频器得区别？) 2向上教学n系统中各信号的频谱关系如
3、下图 2.2 2.2 超外差结构接收机超外差结构接收机3向上教学n超外差结构接收机特点超外差结构接收机特点2.2 2.2 超外差结构接收机超外差结构接收机优点：优点：1、靠中频滤波器来选择信道，信道的选择性指标做得很高 2、系统总增益分配到高频、中频及基带三个频段上，高增益放大容易3、在较低的固定中频上解调或A/D变换比较容易 4、灵敏度和选择性之间的矛盾容易缓解 不足：不足：1、混频器的存在，组合干扰频率较多2、由镜像频率信号所引起的镜像干扰很大3、为了提高接收机的选择性，使用多个高Q值的带通滤波器，不便集成，使用的模拟器件较多，电路结构复杂，系统稳定性差 4、较多的窄带滤波器，引入的幅度和
4、相位畸变很大，影响后处理的质量 5、滤波器的中心频率和带宽通常是固定的，灵活性差 必须反复考虑系统的具体结构和电路形式，仔细选择中频频率。4向上教学n原理框图原理框图2.3 2.3 零中频结构零中频结构 零中频结构又称直接变换接收机结构。 来自天线的RF信号，经RF带通滤波器选择出有用信号后送入LNA放大，然后送入正交混频器，与可调频率的两路本振信号混频，直接产生正交、同相两路信号输出，并分别经低通滤波后送到ADC。5向上教学n系统中各信号的频谱关系如图系统中各信号的频谱关系如图 2.3 2.3 零中频结构零中频结构n特点：特点：1、中频为零，就不存在镜频干扰。2、射频链路中只包含高频低噪声放
5、大器和混频器，增益不高，易于满足线性动态范围的要求。3、接收通路中，混频之后可以用模拟低通滤波器或数字滤波器来实现，易于集成。可利用可编程的低通滤波器来兼容多种通信标准，适应性好。4、信号的放大、处理主要在基带进行，对ADC的要求不高，容易实现，降低了设备的复杂度 6向上教学n问问题题：零中频结构存在着许多在超外差接收机结构中没有的或不甚严重的问题，如直流偏移、偶次谐波失失真、I/Q通道不平衡、闪烁噪声等问题2.3 2.3 零中频结构零中频结构1 1、直流偏移：、直流偏移：是零中频特有的一种干扰，由自混频引起1)泄漏的本振信号从天线回到射频放大器，在混频器的射频中与本振信号差拍为直流。2)部分
6、从天线而来的强干扰信号泄漏到混频器的本振端口，与混频器射频端的同样的强干扰信号混频为直流。 这些直流分量叠加在基带信号之上，而且其电平往往较大，甚至大到使后级的低频放大器饱和，无法放大信号。7向上教学2.3 2.3 零中频结构零中频结构2 2、偶次谐波失真：、偶次谐波失真： 假设任意两个强信号f1,f2，若它们的频率非常接近，LNA的偶次畸变会产生一个低频分量|f1-f2|。若混频器的RF和LO端的隔离度不理想，则该低频分量直接通过混频器，落在信号频段或相邻的信道上，恶化信号失真比，加重了后续滤波电路的负担。故在零中频接收机中必须研究用二阶截点来表征的二阶非线性。 而一般RF接收机仅仅对奇次谐
7、波互调比较敏感。因为在放大器中，只有奇次互调才可能产生与输入信号频率相同或相近的杂散分量。8向上教学2.3 2.3 零中频结构零中频结构3 3、I/QI/Q通道不平衡通道不平衡I/QI/Q通通道道的的必必要要性性：实际中被调制信号用同相分量I和正交分量Q表述。 在零中频结构中，要实现正交下变频，就需要对RF信号或本振信号移相90。 实际对本振信号移相，产生两路正交本振信号。 问题是实际中的移相器和I、Q支路并不是理想的，总会有幅度和相位误差，被称为I/Q不平衡，从而产生I、Q通道间的交调(crosstalk)，引起成对回波，恶化了信噪比和最佳探测条件。4 4、闪闪烁烁噪噪声声：主要增益放在基带
8、级，因此输入的相关噪声（如可变增益放大器VGA，滤波器，ADC等基带处理）是主要的。特别是，下变频后的信号以零频为中心，有源器件的闪烁噪声对信号有极大的影响9向上教学n原理框图原理框图：IF比零中频稍高一些。优优点点：除了零中频结构的优点外，还消除了直流漂移问题和闪烁噪声的干扰。不不足足：除了偶次谐波失真、I/Q通道不平衡之外，镜频抑制非常困难。2.4 2.4 低中频结构低中频结构10向上教学用抵消的方式解决超外差接收机中的镜频抑制问题。设射频输入为信号加干扰： 2.5 2.5 镜像频率抑制结构：镜像频率抑制结构：Hartley结构结构则A点、B点信号分别为 不需要镜频抑制滤波器。但要求两条支
9、路的幅相特性必须完全一致、两路本振必须正交。否则无法抵消镜频。 在理想条件下，C点信号为 11向上教学用正交混频器代替Hartley中的90度移相器。由于第二个混频器输出的中频不是零，也就可能存在镜频干扰的问题。为消除此问题，一混后的低通滤波器可改为带通滤波器，以滤出镜频信号。或者选用 2.5 镜像频率抑制结构：镜像频率抑制结构：Weaver 结构结构解决了移相器问题，但依然存在两条支路幅相不平衡等问题12向上教学n若若B B略大于略大于BsBs，则称为窄带中频采样。，则称为窄带中频采样。缺点：模拟部分多；中频带宽较窄，对信号的适应性和可扩展性不足；本振信号的频率步进(分辨率)一旦确定，对信道
10、间隔的适应能力就变差；存在噪声混叠的影响。优点：变频次数少；数据处理灵活；ADC容易。n若若B B远大于远大于BsBs，则称为宽带中频采样。，则称为宽带中频采样。优点：模拟电路带宽宽，滤波器简单；适应性和可扩展性增强；幅相畸变小；延时小；可同时容纳多个信道的信号；大步进本振。缺点：对射频前端及ADC要求高；存在噪声混叠的影响。2.6 2.6 中频带通采样结构中频带通采样结构设信号中心频率为 ，带宽为 ，系统处理带宽为B当满足 时，采样频率可以为 ，13向上教学n射频全宽开低通采样结构射频全宽开低通采样结构2.7 2.7 射频采样结构射频采样结构是理想的软件无线电结构。设r为前置超宽带滤波器的矩
11、形系数。优点：优点：模拟射频部分最少,有最好的灵活性。缺点：缺点：射频前端困难；动态范围小；相对低中频而言，孔径抖动的影响大。n射频宽带直接带通采样结构射频宽带直接带通采样结构优优点点：ADC较为容易；信噪比、动态范围易满足要求。缺缺点点：存在采样盲区，多个采样频率外，采样时钟的产生比较困难。14向上教学n超外差结构、直接下变频(零中频)结构、镜像频率抑制结构、低中频结构等一般属于基带采样结构。n其特点一般是接收机进行一次或一次以上的变频，ADC前的信号为基带信号或信号频率较低，采用过采样，采样频率也比较低。一般而言，这些结构所用的模拟器件较多、体积功耗大、灵活性差、适应性差，生产调试非常复杂。n随着半导体的发展，特别是ADC、DSP、FPGA等大规模集成电路的发展，促使接收机的设计发生了根本的变化。而SWR的提出正好顺应了技术发展的潮流。2.8 小结小结15向上教学
