无线通信收发机结构.ppt

1、第1章无线通信收发结构，教学重点，能力要求，本章内容，第1节总结第2节无线通信接收机结构第3节无线通信发射机第4节综合收发系统结构第5节典型应用综合收发第6节综合收发发展趋势，知识结构，无线通信收发结构，综合收发发展趋势。在设计收发器时，我们不仅要考虑频谱、灵敏度、选择性、功率和效率等性能指标，还要考虑功耗、成本和电路复杂度等因素，然后再决定选择哪种结构。(1)发射机的发射机射频部分的功能是完成基带信号到中频载波的调制，将其上变频到特定的射频频带，放大调制后的射频信号，以足够的功率馈入天线，并通过天线有效发射。其结构如下：变送器前端框图，总结于1.1；(2)接收机接收来自空间的微弱信号，通过射

2、频滤波器从大量的无线电波中选择有用信号，经低噪声放大到解调器所需的电平值，然后由解调器解调，将频带信号转换成基带信号。其结构如下：接收机射频前端框图1.2.1接收机性能指标接收机的主要功能是选择有三种接收机结构：超外差结构；直接下变频结构，也称为零中频结构；低中频结构。接收机的主要性能指标是：(1)高增益；(2)频率选择性；(3)隔离；(4)敏感性；(5)阻塞和虚假响应抑制；(6)互调分量抑制；(7)邻信道干扰抑制；(8)杂散辐射抑制。1.2无线通信接收机结构，1.2无线通信接收机结构，1.2.2超外差接收机1917年，阿姆斯特朗发明了超外差接收机，现在这种经典接收机结构仍广泛应用于各种无线通

3、信系统。1.超外差接收机的基本结构和工作过程：从天线接收的信号经过射频带通滤波器滤除带外干扰并压缩图像信号，然后经低噪声放大器线性放大，与本振信号混合，下变频为固定中频信号，经中频滤波放大，提取有用信号进行解调。结构如下：(1)超外差接收机射频部分框图；(2)超外差接收机的干扰分析；(1)在通信射频电路中，组合频率干扰通常容易产生频率，很难抑制不想要的频率。由于下变频器的非线性效应，有许多组合干扰频率，通常称为寄生信道干扰，如下图所示：(1)组合频率引起的寄生信道干扰，1.2无线通信接收机的结构，(2)镜像频率干扰。经过下变频后，有用射频信号和镜像频率信号相互重叠，干扰信号的频率不能被中频滤波

4、器滤除，这将降低中频输出的信噪比。从图像干扰的机理可以看出，消除图像频率干扰的最简单方法是防止图像频率信号进入下变频器，而完成这一功能的器件是下变频器前的频带选择滤波器。图像干扰的产生如下图所示：1 .“镜像频率干扰”的产生，1.2无线通信接收机的结构，3。接收器的中频选择增加了中频，这可以更有效地衰减图像频率信号。因此，超外差接收机的一个重要问题是如何选择合适的中频。根据镜像原理，高中频使镜像频率远离有用信号，有利于抑制频率干扰，提高输出中频信噪比。然而，相同Q值的中频滤波器的绝对带宽被高中频放大，这将不可避免地降低相邻信道的抑制能力。然而，接收机主要依靠信道选择滤波器来选择有用的信道因此，

5、中频的选择考虑了灵敏度和选择性之间的折衷。中频值的选择主要基于接收机对图像干扰的抑制要求和滤波器的可实现性。1.2无线通信接收机结构，4。二次变频超外差接收机中频选择中遇到的“灵敏度”和“选择性”的矛盾导致了二次变频超外差接收机的出现，该接收机电路结构简单，性能稳定，但需要更多的分立元件和许多高频滤波器进行阻抗匹配。此外，由于多频率混合，系统中有许多频率成分，因此有必要对整个接收机系统进行仔细的频率规划。1.2无线通信接收机结构1.2.3直接下变频接收机直接下变频接收机也称为零中频接收机，其特征在于如果本地振荡器频率等于载波频率，那么载波频率为零，因此没有镜像频率，自然也就不会有镜像频率干扰。

6、其结构如图：直接下变频方案的原理框图，消除了图像干扰问题，通过正交下变频产生I和Q信号，用于进一步的信号处理。零中频接收机结构简单，面积小，功耗低，易于集成在单个芯片上。1.2无线通信接收器结构1.2.4低中频接收器结构低中频接收器由零中频接收器发展而来，其结构如图所示：低中频接收器结构，低中频接收器通过正交下变频器抑制图像信号，但与零中频接收器不同，下变频信号的中频相对较低，因为下变频信号不再处于基带，因此消除了DC偏移和散射噪声的影响。1.2无线通信接收机架构，1.2.5镜像抑制接收机为了解决镜像抑制滤波器难以集成的问题，哈特利和韦弗提出了镜像抑制接收机。在理想情况下，这两种接收机结构可以

7、完全消除镜像频率干扰。它们的结构如下：哈特利结构图像频率抑制接收机、韦弗结构图像频率抑制接收机、1.2无线通信接收机结构、哈特利结构图像频率抑制接收机频谱偏移过程、1.2无线通信接收机结构、韦弗结构图像频率抑制接收机频谱偏移过程、1.2无线通信接收机结构、1.2.6数字中频接收机数字化二次变频超外差接收机拓扑中的二次混频和滤波，从而得到数字中频接收机。其结构如下：数字中频方案，数字中频接收机的优点是使用数字中频避免了I和q之间的不平衡，实现了完美的图像干扰抑制。然而，这种接收机的难点在于对模数转换器在速度、分辨率、噪声性能、线性度和带宽方面的性能要求很高。1.3无线通信发射机，1.3.1发射机

8、的主要性能指标(1)平均载波频率输出功率；(2)射频功率控制；(3)射频输出频谱；(4)杂散辐射；(5)互调衰减。1.3.2发射机的主要结构发射机的主要功能是通过调制、上变频、功率放大和滤波完成基带信号到射频信号的转换。与接收机相比，发射机方案更简单，其结构大致可分为两种：一种是直接变频法，它将调制和上变频合二为一，在一个电路中完成。第二种是两步方法，将调制与上变频分开，首先在中频进行调制，然后将调制信号上变频到发射载波频率。1.3、无线通信发射机、直接变频正交调制发射机、两步变频正交调制发射机、1.4一体化收发机系统结构，一体化收发机包括接收机和发射机，下图所示为超外差收发机。超外差收发机结

9、构，通常，收发机只需要一个本地振荡器，接收机和发射机共享它。同样，只需要一个天线。当.的时候1.5集成收发信机的典型应用，目前，单片集成收发信机的研究热点主要集中在专用于GSM、TD-SCDMA、PHS、UWB等通信系统的ISM频段。1.5.1 GSM收发器，GSM系统的主要参数，典型应用的1.5集成收发器，一个用0.25umCMOS工艺实现的低功耗GSM- 900收发器。接收机采用超外差结构，二次变频，中频为71兆赫。采用2.5V电源供电，接收器功耗仅为19.5毫安，而发射器功耗为55毫安。其结构如下：GSM收发机结构框图，1.5典型综合收发机，接收机性能测试结果，1.5典型综合收发机，发射

10、机性能测试结果，1.5典型综合收发机，1.5.2无线局域网收发机目前，无线局域网发展迅速，有许多相关标准，如IEEE 802.11a/b/g、homerf、蓝牙和ETSI的HiperLAN2等。无线局域网标准比较，1.5典型应用集成收发器，下面介绍典型的无线局域网集成收发器。该芯片可工作在5.15-5.35千兆赫和2.4-2.5千兆赫，采用0.25微米CMOS工艺制造。接收机的噪声系数在2.4千兆赫时为3分贝，在5千兆赫时为3.8分贝。其结构如下：收发器框图、典型应用1.5集成收发器、测试结果、典型应用1.5集成收发器、无线传感器网络1.5.3低功耗发射器无线传感器网络(WSN)是一个新兴的前

11、沿热点研究领域，在世界范围内引起了广泛关注，并被许多学科高度交叉。无线传感器网络融合了传感技术、嵌入式计算技术、现代网络技术、无线通信技术、分布式智能信息技术等学科，是跨学科融合的产物。WSN节点的重要特点是低功耗、低成本和小尺寸。国内外WSN收发器的研究热点主要是基于IEEE 802。15.4标准(紫蜂)和超宽带。1.6集成收发器的发展趋势，高集成度：随着集成电路技术的发展，数字、模拟和射频功能的单片集成已经成为芯片发展的趋势。高工作频率：随着工艺特征尺寸的不断减小，器件的特征频率和最高振荡频率不断提高，使得集成收发器的工作频率越来越高。低工作电压、低功耗：随着无线通信技术的进一步发展，在电池供电的限制下，收发器可以在较低的工作电压下工作，功耗越小越好。低成本：低成本是商用单片集成收发器的基本要求。本章是一个总结。本章从系统的角度介绍了几种常见的收发机方案，从而定义了收发机射频前端的基本组成部分。同时，本章