射頻技術(shù)-射頻鏈路

1、射頻技術(shù)射頻技術(shù) 射頻鏈路射頻鏈路 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW n分貝分貝(dB) n功率（功率（dBm） 分貝的概念分貝的概念 ()10log(/) r dBP P()20log(/) r dBV V 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW IL=0.5 or 3dB Gain=200 or 23dB 增益與衰減(dB) 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 321321 LLLGGGGT TINOUT GPP 3981Wor ,66 32323230 321 dBm dBdBdBdBdBm LGGGPP INOUT W mW L GGGP P IN OUT 4000 2 2002002001 321 射頻

2、技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 典型收典型收/ /發(fā)機(jī)原理框圖發(fā)機(jī)原理框圖 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW n直接調(diào)制發(fā)射機(jī)原理框圖 n超外差發(fā)射接收機(jī)原理框圖 n數(shù)字中頻發(fā)射機(jī)原理框圖 n零中頻射頻接收機(jī)原理框圖 n超外差射頻接收機(jī)原理框圖 n數(shù)字中頻接收機(jī)原理框圖 典型收典型收/ /發(fā)機(jī)原理框圖發(fā)機(jī)原理框圖 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW (I)(I)直接調(diào)制發(fā)射機(jī)原理框圖直接調(diào)制發(fā)射機(jī)原理框圖 I Q PA sin c c cos BPF 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，器件少，成本低；優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，器件少，成本低； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：I/Q相位的幅度和相位平衡不易調(diào)節(jié)，易造成相位的幅度和相位平衡不易調(diào)節(jié)，易造成 較

3、大的載波泄漏和邊帶泄漏較大的載波泄漏和邊帶泄漏 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW (II)(II)超外差發(fā)射機(jī)原理框圖超外差發(fā)射機(jī)原理框圖 優(yōu)點(diǎn)：低頻調(diào)制器具有更好的幅頻特性；功放和本振有優(yōu)點(diǎn)：低頻調(diào)制器具有更好的幅頻特性；功放和本振有 很好的隔離；易獲得高性能。很好的隔離；易獲得高性能。 缺點(diǎn)：所需元件多，發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、噪聲及失真源缺點(diǎn)：所需元件多，發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、噪聲及失真源 多、體積、功耗和成本增加。多、體積、功耗和成本增加。 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW (III)(III)數(shù)字中頻發(fā)射機(jī)原理圖數(shù)字中頻發(fā)射機(jī)原理圖 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)制精度高，射頻電路設(shè)計(jì)簡單；優(yōu)點(diǎn)：調(diào)制精度高，射頻電路設(shè)計(jì)簡

4、單； 缺點(diǎn)：對基帶要求較高，目前成本較高，功耗大。缺點(diǎn)：對基帶要求較高，目前成本較高，功耗大。 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW (IV)(IV)超外差射頻接收機(jī)原理框圖超外差射頻接收機(jī)原理框圖 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW (V)(V)零中頻射頻接收機(jī)原理框圖零中頻射頻接收機(jī)原理框圖 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW (VI)(VI)數(shù)字中頻接收機(jī)原理框圖數(shù)字中頻接收機(jī)原理框圖 ADC LNARF BPF 數(shù)字低通數(shù)字低通 濾波器濾波器 DSP (解調(diào)器解調(diào)器) 數(shù)字本地?cái)?shù)字本地 振蕩器振蕩器 LO BPFBPFAMP 混頻器混頻器 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 射頻電路的典型單元射頻電路的典型單元

5、 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW nWCDMA移動(dòng)終端收發(fā)信機(jī)框圖超外差發(fā)射 機(jī)原理框圖 n低噪聲放大器 n混頻器 n頻率合成器 nWCDMA功率放大器 射頻電路的典型單元射頻電路的典型單元 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW I.WCDMAI.WCDMA移動(dòng)終端收發(fā)信機(jī)框圖移動(dòng)終端收發(fā)信機(jī)框圖 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW II.II.低噪聲放大器低噪聲放大器 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù) 描述一個(gè)系統(tǒng)（如接收機(jī)）內(nèi)部噪聲大小，可以用噪聲描述一個(gè)系統(tǒng)（如接收機(jī)）內(nèi)部噪聲大小，可以用噪聲 系數(shù)（系數(shù)（Noise Factor）F來表示，或來表示，或(NF) . 由于接收機(jī)內(nèi)部噪聲的加入，會使得輸出端的由于接收機(jī)內(nèi)

6、部噪聲的加入，會使得輸出端的 信號噪聲比降低，所以噪聲系數(shù)值一定大于，信號噪聲比降低，所以噪聲系數(shù)值一定大于， 而噪聲指數(shù)而噪聲指數(shù)NF值則大于值則大于0dB 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 輸出端信噪比 輸入端信噪比 noso nisi F PP PP N noso nisi F PP PP dBNlg10)( 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 噪聲系數(shù)級連公式噪聲系數(shù)級連公式 cascadecascade i i cascade FNF GGG F GG F G F FF log10 111 12121 3 1 2 1 ceiverRFceiverRF iBPFLNABPF i BPFLNABP

7、F MIXER LNABPF BPF BPF LNA BPFceiverRF FNF GGGG F GGG F GG F G F FF ReRe 122 2 Re log10 1111 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW III.III.混頻器混頻器 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 混頻器頻譜分析混頻器頻譜分析 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 射頻電路鏡頻抑制射頻電路鏡頻抑制 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 典型混頻器的指標(biāo)典型混頻器的指標(biāo) 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 混頻器的非線性失真混頻器的非線性失真 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW IV.IV.頻率合成器頻率合成器 頻率合成器在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用頻率合

8、成器在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 鎖相式頻率合成器原理框圖鎖相式頻率合成器原理框圖 refOUT OUT ref F R N F N F R F 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 頻率合成器的相位噪聲頻率合成器的相位噪聲 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW V.WCDMAV.WCDMA功率放大器功率放大器 n功率放大器是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中非常重要的組成部分。功率放大器是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中非常重要的組成部分。 收發(fā)端的線性放大和頻率變換是保證能夠正確解調(diào)數(shù)字 調(diào)制信號的必要條件?，F(xiàn)在通信系統(tǒng)均采用了如PSK,64QAM等 高階線性調(diào)制技術(shù)，這些調(diào)制方法對功放的非線

9、性特性非常 敏感，因而對放大器有更高的線性要求，以避免對鄰近信道 的干擾，保證調(diào)制的窄帶特性。設(shè)計(jì)具有高度線性的寬帶功 率放大器顯得十分必要。 n各類放大器的不同線性特征各類放大器的不同線性特征 A類放大器具有最好的線性，但效率過低。A類放大器的 偏置使其工作在線性區(qū)域的中間部分，RF信號不可能超出到 非線性區(qū)域。但由于其效率低下，A類放大器一般避免使用。 此外還有AB類，B類，C類偏置放大器，這些放大器通過使放 大器工作在更接近截止電流的工作點(diǎn)上達(dá)到較高的效率。 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 功放的非線性功放的非線性- -理想線性特性理想線性特性 時(shí)域傳輸特性時(shí)域傳輸特性 PA Pin Po

10、ut 0 f 0 f f A AK1 )(tei)(teo f 頻域傳輸特性頻域傳輸特性 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 非線性放大器非線性放大器典型現(xiàn)象典型現(xiàn)象 ( )iv t( )ov t 非線性功率放大器非線性功率放大器 PA iA 增益壓縮增益壓縮 Pin Pout )(tei 0 f f A 0 f 0 2 f 0 3 f 0 4 f 0f )(teo 單頻響應(yīng)特性單頻響應(yīng)特性 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 1 2 輸入輸入 1 2 21 2 12 2 1 3 2 3 21 2 12 2 輸出輸出 雙頻響應(yīng)特性雙頻響應(yīng)特性 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 功放非線性功放非線性- -導(dǎo)致頻

11、譜擴(kuò)展導(dǎo)致頻譜擴(kuò)展 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 線性化線性化- -功率回退法功率回退法 -8-6-4-202468 10 12 14 16 18 20 22 1dB compression point 2.4 20.25 19.25 output power (dBm) input power (dBm) 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 線性化線性化- -負(fù)反饋法負(fù)反饋法 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 線性化線性化- -預(yù)失真法預(yù)失真法 射頻預(yù)失真射頻預(yù)失真 基帶預(yù)失真基帶預(yù)失真 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 線性化線性化- -前饋法前饋法 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 功放實(shí)物功放實(shí)物 射頻

12、技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 射頻電路的典型性能射頻電路的典型性能 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW n調(diào)制、解調(diào)精度 n接收機(jī)靈敏度 n鄰道選擇性 n阻塞特性分析 nWCDMA終端射頻接收機(jī)指標(biāo) nWCDMA終端射頻發(fā)射機(jī)指標(biāo) 射頻電路的典型性能射頻電路的典型性能 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW I.I.調(diào)制、解調(diào)精度調(diào)制、解調(diào)精度 在無線通信系統(tǒng)中，通常用矢量調(diào)制誤差（在無線通信系統(tǒng)中，通常用矢量調(diào)制誤差（EVM） 來表征調(diào)制器和解調(diào)器的精度。來表征調(diào)制器和解調(diào)器的精度。 2 0 2 2 0 ( ) T T V tS tdt EVM Vt dt 矢量調(diào)制誤差（矢量調(diào)制誤差（EVM）是衡量接收機(jī)解調(diào)特

13、性的一）是衡量接收機(jī)解調(diào)特性的一 個(gè)重要指標(biāo)。個(gè)重要指標(biāo)。WCDMA終端技術(shù)協(xié)議給出了終端技術(shù)協(xié)議給出了EVM指標(biāo)的指標(biāo)的 定義：定義： 設(shè)接收機(jī)在一個(gè)時(shí)隙設(shè)接收機(jī)在一個(gè)時(shí)隙T內(nèi)的輸出波形為內(nèi)的輸出波形為V(t),0tT， 而理想輸出波形應(yīng)為而理想輸出波形應(yīng)為S(t)，0tT，則，則EVM可表示為可表示為 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 影響接收機(jī)影響接收機(jī)EVMEVM指標(biāo)的主要因素有指標(biāo)的主要因素有 1.正交解調(diào)器移相誤差，即正交解調(diào)器移相誤差，即I、Q相位不平衡；相位不平衡； 2.正交解調(diào)器幅度誤差，即正交解調(diào)器幅度誤差，即I、Q幅度不平衡；幅度不平衡； 3.通道濾波器幅頻特性失真；通道濾波

14、器幅頻特性失真； 4.通道濾波器相頻特性失真；通道濾波器相頻特性失真； 5.本振相位噪聲的影響；本振相位噪聲的影響； 6.非線性產(chǎn)物的影響；非線性產(chǎn)物的影響； 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 增益誤差導(dǎo)致增益誤差導(dǎo)致EVMEVM惡化惡化 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW II.II.接收機(jī)靈敏度指標(biāo)分析：接收機(jī)靈敏度指標(biāo)分析： 靈敏度是衡量接收機(jī)在一定條件下能夠接收弱信號靈敏度是衡量接收機(jī)在一定條件下能夠接收弱信號 的能力。的能力。 靈敏度與諸多因素有關(guān)。例如，在不同的誤碼率、靈敏度與諸多因素有關(guān)。例如，在不同

15、的誤碼率、 信噪比等條件及不同的接收環(huán)境（靜態(tài)、多徑信道模型）信噪比等條件及不同的接收環(huán)境（靜態(tài)、多徑信道模型） 情況下靈敏度概念和數(shù)值可能各不相同。情況下靈敏度概念和數(shù)值可能各不相同。 射頻接收機(jī)的靈敏度主要由噪聲系數(shù)、解調(diào)精度和射頻接收機(jī)的靈敏度主要由噪聲系數(shù)、解調(diào)精度和 接口匹配決定。接口匹配決定。 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW )log(10)(174)log(10)log(10 0 BWdBmBWKTPnoise Ptbb GNENE 0 tbF tbF NEN NENBWdBmP 15.108 )log(10)(174 min Fnoisetb NPPNE min解調(diào)門限解調(diào)門限

16、dBN F 15. 6 *分辨率帶寬取分辨率帶寬取3.84MHz（在（在5MHz帶寬之下），帶寬之下），Gp 擴(kuò)頻增益。擴(kuò)頻增益。 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 接收靈敏度示意圖接收靈敏度示意圖 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 根據(jù)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 1484.6-2013無線終端空間射頻輻射功率和接收 機(jī)性能測量方法第6部分：LTE無線終端規(guī)定，總?cè)蜉椛潇`敏度的平均 值最大不能超過-88dBm，總?cè)蜉椛涔β实钠骄底钚〔荒艿陀?6.5dBm。 GSM： SNR9dB BER29dB 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW IV.IV.阻塞特性分析阻塞特性分析 n帶內(nèi)阻塞帶內(nèi)阻塞-指在有用信號功率為

17、-104dBm，阻塞點(diǎn)頻信 號功率為-46dBm（偏離10MHz）以及阻塞譜信號為- 46dBm（偏離20MHz）時(shí)，誤碼率小于0.001。該指標(biāo) 對接收機(jī)前端的非線性和射頻本振（接收機(jī)前端的非線性和射頻本振（RF LO）的相位）的相位 噪聲都提出了較高的要求噪聲都提出了較高的要求。 n帶外阻塞帶外阻塞-指標(biāo)決定了接收機(jī)抵御其他系統(tǒng)干擾的能力 ，它決定于接收機(jī)的預(yù)選濾波器特性。LO相位噪聲的 相互混頻也會影響其阻塞效果。帶外阻塞指標(biāo)主要由帶外阻塞指標(biāo)主要由 鏈路的線性、濾波特性和本振的相位噪聲共同影響鏈路的線性、濾波特性和本振的相位噪聲共同影響。 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 在有強(qiáng)干擾時(shí)，本

18、振相噪對信號的影響在有強(qiáng)干擾時(shí)，本振相噪對信號的影響 協(xié)議中討論雙音阻塞指標(biāo)時(shí)提到在偏離信號協(xié)議中討論雙音阻塞指標(biāo)時(shí)提到在偏離信號10MHz處存在點(diǎn)頻處存在點(diǎn)頻 信號信號-46dBm，此時(shí)信號電平為，此時(shí)信號電平為-114dBm。則有倒易混頻公式，。則有倒易混頻公式， 可以計(jì)算出本振在偏離中心可以計(jì)算出本振在偏離中心10MHz處，分辨率帶寬取處，分辨率帶寬取3.84MHz時(shí)，時(shí)， 相位噪聲應(yīng)低于相位噪聲應(yīng)低于-125dBc/Hz。 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW WCDMA接收機(jī)阻塞模板接收機(jī)阻塞模板 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW V.WCDMAV.WCDMA終端射頻接收機(jī)指標(biāo)終端射頻接收機(jī)指標(biāo)

19、 接收靈敏度接收靈敏度：-125dBm； 鄰道選擇性鄰道選擇性：-93dBm(SF=128、BER=0.001、 -41dBm5MHz）； 阻塞特性阻塞特性：-104dBm（SF=128、BER=0.001、 點(diǎn)頻-46dBm10MHz、譜-46dBm20MHz） 相位噪聲相位噪聲 ：-130dBc/Hz1MHz (RF LO)； -100dBc/Hz100kHz(IF LO)； I/Q輸出阻抗幅度輸出阻抗幅度：600mV(高阻) 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW VI.WCDMAVI.WCDMA終端射頻發(fā)射機(jī)指標(biāo)終端射頻發(fā)射機(jī)指標(biāo) 最大發(fā)射功率：30dBm; 最小發(fā)射功率：-30dBm; 功率控

20、制動(dòng)態(tài)范圍：50dB； 占用帶寬：5MHz； 矢量誤差幅度（EVM）：17.5%； 鄰道泄露功率比（ACLR）：45dB(5MHz)； 50dB(10MHz) 帶外輻射特性： 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 一種簡單鏈路預(yù)算方法一種簡單鏈路預(yù)算方法 0 00 ()()() ()() (/)()() r b s M dBEIRP dBWdBmWG dB E dBR dBbps N KT dBW HzdBmW HzL dBL dB 或 或 pp.201數(shù)字通信數(shù)字通信-基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)與應(yīng)用 （二版）（二版）B. Skalar 鏈路余量與可用率鏈路余量與可用率 射頻技術(shù)射頻技術(shù)SKLMMW 一個(gè)實(shí)例一個(gè)實(shí)例-