无线通信系统接收机的结构和发展
无线电发射、接收原理
无线电发射、接收原理无线电发射、接收知识收音机发展简介收音机原理一、无线电发射、接收知识声音及其传播：1.声音是由振动产生的：振动体周围产生声波，声波在空气中以340 m/s的速度传送，随着距离的增加，衰减是很快的，传送距离是有限的。
音调的高低，就是声音的频率：20Hz---20KHz ----叫做“音频”无论一个人怎样尽力大喊，靠声波都是传不远的。
2.有线传输：放大器传输的是音频电流，离不开导线，传输不远3.无线电波------与声波有着本质的不同声波---------是机械振动的结果无线电波---是电磁振荡的产物电磁波（无线电波）的产生：导线中流过交变的电流→→产生交变的磁场→→在其周围再产生变化的电场→→又激起变化的磁场→→。
→形成不可分割的电场和磁场，像水波一样向外传播→→形成电磁波电磁波的传播速度是：3×108 m/s ？思考：有线传播为什么不能发出电磁波4.有线传输中的音频能否产生电磁波传播出去原因：a．通过天线向外辐射：天线的长度与波长λ相比拟λ/4 λ/2 λ音频频率：f ：20---20kHz λ=c/fλ：15 x 103---15 x 106 mb．串台：都是音频频率(1) 无线电通信系统是通过空间辐射方式传送信号，根据电磁波理论，对于语音信号来说，相应的辐射天线尺寸要在几十公里以上，实际上这是不可能制造出来的。
而调制过程则将信号的频谱搬移到任何所需的较高频率范围，这样就容易以电磁波形式辐射出去。
(2) 如果不进行调制而是把被传送的信号直接辐射出去，那么各电台所发出的信号频率就会相同，它们混在一起，收信者将无法选择所要接收的信号。
而调制作用的实质是把各信号的频谱搬移，使它们互不重叠地占据不同的频率范围，也即信号分别托附于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需频率的信号，不致互相干扰。
故：需要高频信号形成无线电波，无线电波的频率越高越容易传播5.无线电波特点：①频率高，天线尺寸小，可以有效辐射②频率范围宽，分占，不重叠6.无线电波划分:按波长：超长波、长波、中波、短波、微波等等7 .无线电波的传播方式----和光波一样，具有直射、绕射、反射、折射的传播能力。
无线电通信系统的基本组成(个人整理)
课题一无线电通信系统的基本组成◆知识点¤无线发射设备的基本原理和组成¤无线接收设备的基本原理和组成¤了解无线接收设备中的超外差接收技术任务目标通过本课题的学习，掌握无线通信系统的基本组成，了解超外差接收基本原理。
课题导入图１－１无线广播系统的组成如图１－１所示，是我们非常熟悉的收音机收听广播电台节目的示意图。
在这个电台节目接收过程中，电台播音员（节目源）、发射机、发射天线、收音机缺一不可，分别完成了信号的产生、变换、发射、传输和接收，组成了一个基本的无线通信系统。
当接收本地电台节目时声音效果很好，而当接收外地距离较远电台节目时声音效果有时好，有时差；有时我们还会发现，不同品牌、价位的收音机，其接收效果也各不相同，并且调频波段接收的音质要优于调幅波段，其原因我们会在以后的课题学习中逐步揭示。
除了以上无线广播系统以外，还有很多不同功能，不同使用场合的无线通信设备，例如我们家庭使用的用于接收处理图像的电视接收机，公安部门常使用的对讲机，便于随身携带的移动电话（手机），教师上课使用的无线教学扩音器等等。
虽然其外观、体积、功率、传送信息内容差异很大，但组成这些通信设备最基本的电路结构是极为相同或相似的，高频电子技术所研究的正是组成这些通信系统设备的最基本电路。
相关知识一、通信系统的基本组成从发送者到接收者之间信息的传递称为通信。
利用电信号传输信息的系统称通信系统，也称电信系统。
通信系统基本组成可由如图１－２所示方框图表示。
它由输入、输出变换器，发送、接收设备和信道等部分组成。
其各部分的含义如下：图１－２通信系统的基本组成方框图1．信源信源是指需要传送的原始信息。
如语言、音乐、图像、文字等，往往是以机械振动、光强等物理量为载体呈现。
2．输入变换器将信源非电物理量转换为电信号的装置。
如麦克风将机械振动转换为音频电信号；光电管将光图像信号转换为视频电信号。
这些信号频率较低，不便于在信道中传输，常称之为基带信号。
无线通信接收机原理图设计
零中频接收方案具有高集成和低功耗的特点，但是对于本系统来说，由于接收到的基带信号采用的是不同于一般通信系统的双相间隔编码，对该码制的解调，如果采用软件处理会大大增加MCU的负担，占用很多的资源，并且影响系统的实时处理能力。
因此，本系统采用了将I、Q两路信号首先自身相乘，转换为单极性信号，然后通过电压比较器与基准电压比较的方法完成信号的A/D转换。
优化后的接收部分原理图如图1所示。
图1 接收设备系统原理图接收部分的工作过程如下。
（1）电子标签接收到读写器发来的信号，获得能量后被激活，开始执行读写器的命令，并将返回的响应信息以反向散射调制方式发送至读写器的天线。
（2）天线接收信号后，由环形器将电子标签返回的信号传给90°相移功率分配器，将信号分成正交两路。
这两路信号同时送到两个完全相同的解调电路进行处理：两路信号分别与两路正交的本振信号混频，混频后的信号经过放大器放大、滤波器滤波后再次放大，分别送往乘法器进行处理。
乘法器对送来的解调信号进行自禾，使相对于虚地为负极性的脉冲信号翻转为正极性。
（3）两路解调电路分别处理后的信号经相加后再次放大，经电容耦合（去除直流分量）至电压比较器。
（4）电压比较器将放大后完整的解调信号电压与设定的基准电压比较后，还原成标签返回信号的基带信号，经过整形后送到编解码电路进行处理。
（5）编解码电路将接收到的基带信号进行解码并进行CRC校验，形成电子标签的卡号等信息，传给MCU 微控制器。
（6）MCU微控制器对接收到的电子标签卡号等信息进行处理。
在本部分电路中为保证解调电路的精确，还用放大器产生了精确的2.5V虚地电压，作为放大、乘法器等电路的中间电位（虚地）使用，从而保证了接收电路的稳定性。
无线通信系统
无线通信系统1. 引言无线通信系统是一种通过无线电波传输信息的通信系统。
它使用无线电频谱中的特定频段来传输语音、数据和图像等信息，实现人与人、设备与设备之间的无线通信。
无线通信系统在现代社会中广泛应用，包括移动通信、卫星通信、无线局域网等。
2. 无线通信系统的组成无线通信系统由以下几个组成部分组成：2.1 无线发射机无线发射机是无线通信系统中的核心设备之一。
它负责将待传输的信息转换为无线电信号，并通过天线向空间传播。
无线发射机的设计和技术水平对整个无线通信系统的性能有重要影响。
2.2 无线接收机无线接收机是无线通信系统中的另一个重要设备。
它负责接收从发射机发出的无线电信号，并将其转换回原始的信息。
无线接收机的性能直接影响到接收到的信号的质量和可靠性。
2.3 天线天线是无线通信系统中的关键部件之一。
它负责将发射机或接收机产生的无线电信号转换为电磁波，并向空间传播。
不同类型的无线通信系统使用不同种类的天线，如定向天线、全向天线等。
2.4 信道信道是无线通信系统中信息传输的媒介。
在无线通信系统中，信道通常是无线电信号在空间中传播的路径。
不同的无线通信系统使用不同的信道技术，如频分复用、时分复用等。
2.5 控制器控制器是无线通信系统中的一个重要组成部分。
它负责管理并控制整个无线通信系统的运行。
控制器可以监测和管理无线通信系统中的各种设备，如发射机、接收机、天线等。
3. 无线通信系统的应用3.1 移动通信移动通信是无线通信系统的重要应用之一。
它通过将无线电信号发送到移动设备，实现人与人之间的语音和数据传输。
现代移动通信系统包括蜂窝网络、卫星通信等。
3.2 无线局域网无线局域网是无线通信系统的另一个重要应用。
它使用无线电信号在有限区域内实现设备之间的通信。
无线局域网通常用于家庭、办公室等场所提供无线上网服务。
3.3 卫星通信卫星通信是一种通过卫星进行通信的无线通信系统。
它将信号发送到卫星上，再由卫星转发到目标地区。
无线通信系统的基本工作原理
2、发送设备的基本原理和组成 、
1)
2)
信号在空间直接发送存在的问题 天线尺寸 天线尺寸与被辐射信号的波长相比拟时（波 长λ的1/10~1），信号才能被天线有效的辐射 出去。对于音频范围20Hz~20kHz来说，这样 的天线不可能实现。 信号选择 如果直接发射，多家电台的发射信号频率范 围大致相同，接收机无法区分。
信号的“卸载” 信号的“卸载”——解调 解调 什么是解调？ 从高频已调波信号中“取出”调制信号的过程。 解调的三种方式 ①对调幅波的解调——检波 ②对调频波的解调——鉴频 ③对调相波的解调——鉴相
1)
2)
3、接收设备的基本原理和组成 、
典型接收设备的组成框图
4、无线电波的基本特点 、
无线电波是一种电磁波，其传播速度与光速相 同，且有λ=c/f。 无线电波具有直射、绕射、反射与折射等现象。 无线电波的三种传播途径（如图）：
4、无线电波的基本特点 、
无线电波的波段划分表： 无线电波的波段划分表：
波段名称 波长范围 长波LW 中波MW 短波SW 米波 分米波 厘米波 毫米波 频段名称 频率范围 30~300kHz 300~3000kHz 3~30kHz 主要用途 长距离点与点通信 广播、船舶、飞行通信 短波广播、军事通信 电视、调频广播、雷达 103~104m 低频(LF) 102~103m 中频(MF) 10~102m 1~10m 1~10dm 1~10cm 1~10mm 高频(HF)
2、发送设备的基本原理和组成 、
问题的解决——调制 调制 问题的解决 什么是调制？ 把待传送信号“装载”到高频振荡信号上的过 程。 三种信号 调制信号、载波信号和已调信号 三种方式 调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）
第1章无线通信中射频收发机结构及应用1
无线局域网(WLAN)是利用全球通用且无须申请许可的ISM频段 (2.4GHz频段、5.0GHz频段)，在无线的环境中实现便携式移动通 信。
2020/5/12
25
1．5 典型应用的集成收发信机
1．5．2 应用于无线局域网的收发机
无线局域网(WLAN)是利用全球通用且无须申请许可的ISM频段 (2.4GHz频段、5.0GHz频段)，在无线的环境中实现便携式移动通 信。
2020/5/12
18
1．3 射频电路与微波电路和低频电路的关系
IEEE和工业用微波波段的定义
频带名称 L带 C带 Ku带
Ka带(毫米波) U带(毫米波) E带(毫米波) F带(毫米波)
频率范围(GHz) 1.0～2.0 4.0～8.0
12.0～18.0 26.5～40.0 40.0～60.0 60.0～90.0 90.0～140.0
2020/5/12
7
1．1 无线收发信机射频前端功能和特性
对于发送系统硬件电路系统而言，最困难的部分就在于中放变
频和功放。中放变频的难点主要在于变频系统方案的设计，好
的系统方案设计可能产生的相关干扰较少，甚至还可能降低对
参与变频的本地振荡信号的要求。
基带信号 解调
中频变 频
低噪声放 大器
接收天线
图1－2接收机结构图
2020/5/12
20
2．高射频和微波电路
对于高射频和微波电路，其中可以有一个或几个集总元件，但至 少要有一个分布式元件。
对于分布电路，具有下述三个特点：
1.必须采用麦克斯韦方程提出的波传播概念；
2.电路要有大的电长度，物理长度与电路中信号传播的波长可比拟；
无线电通信系统的基本组成个人整理
发展历程：无线电通信系统的起源可以追溯到19世纪末，经历了无线电报、广播、电视、 卫星通信等阶段，如今已经发展成为全球通信网络的重要组成部分。
发展趋势：随着科技的不断进步，无线电通信系统的发展趋势包括5G/6G通信技术、物联网、 人工智能等，将为人类带来更加便捷、高效、智能的通信体验。
技术创新：无线电通信系统的发展离不开技术创新，如数字信号处理、调制解调技术、天线 技术等领域的突破，将进一步推动无线电通信技术的发展。
无线电波是无线电 通信系统中的传输 介质
无线电通信系统广 泛应用于通信、广 播、电视等领域
发射器：将信息转换为电信号，通过天线发送出去 信道：传输电信号的媒介，可以是空气、水、空间等 接收器：接收天线传来的电信号，还原成信息 控制器：对整个通信过程进行控制和管理
灵活性高：通信设备可移动， 不受地理位置限制。
广播：收 音机、电 视等设备 接收无线 电信号播 放节目
卫星通信： 卫星、智 能交通等物 联网设备通 过无线电信 号进行数据 传输和控制
雷达：飞 机、船舶、 车辆等交 通工具利 用雷达进 行定位和 导航
无线遥控： 无人机、 玩具车等 设备通过 无线电信 号进行远 程控制
特点：传播方式为直线传播，不受地面或其他障碍物的影响，传播距离较远。
影响因素：由于无线电波的传播特性，自由空间传输信道受到大气成分、温度、湿度等因素的 影响。
应用场景：适用于卫星通信、广播、雷达、导航等领域。
定义：电离层传输信道是指无线电波在电离层中的传播通道，是无线电通信的重要传输媒介。
特性：电离层传输信道具有反射、折射、散射和吸收等特性，能够使无线电波在电离层中传 播，实现远距离通信。
解调器的作用是将已调制的信号还原为原始信号 解调器的种类包括模拟解调器和数字解调器 解调器在无线电通信系统中位于接收端，与发射端相对应 解调器的性能指标包括解调增益和解调误差
无线通信系统的一般模型
无线通信系统的一般模型无线通信是一种在空气中传输信息的方式，它使用电磁波作为信息的载体，传输速度快，覆盖面广，成本低廉，因此在现代社会中得到了广泛的应用。
无线通信系统是一种由多种设备和技术组成的复杂系统，它包括无线电发射机、接收机、天线、信道、调制解调器、编码解码器等多个部分。
本文将从一般模型的角度来介绍无线通信系统的基本组成部分和工作原理。
一、无线通信系统的基本组成部分1. 无线电发射机无线电发射机是无线通信系统中的核心部件，它将信息转换为电磁波，并将其发送到空气中。
无线电发射机的主要组成部分包括振荡器、放大器和天线。
振荡器产生高频电信号，放大器将其放大到足以驱动天线的电平，天线则将电信号转换为电磁波并向外辐射。
2. 无线电接收机无线电接收机是无线通信系统中的另一个核心部件，它接收从空气中传来的电磁波，并将其转换为原始的电信号。
无线电接收机的主要组成部分包括天线、放大器、混频器和解调器。
天线接收电磁波，并将其转换为电信号，放大器将其放大到足以驱动混频器的电平，混频器将高频信号和本地振荡器的信号混合，生成中频信号，解调器将中频信号解调为原始的电信号。
3. 天线天线是无线通信系统的重要组成部分，它负责将电信号转换为电磁波，并将其辐射到空气中。
天线的种类繁多，包括单极天线、双极天线、方向性天线、宽带天线等。
不同的天线有不同的特点和应用场合，选用合适的天线对于无线通信系统的性能和覆盖范围都有重要的影响。
4. 信道信道是无线通信系统中的一个重要概念，它指的是电磁波在空气中传输的路径。
由于空气介质的不均匀性和复杂性，电磁波在传输过程中会发生衰减、散射、多径效应等现象，从而影响接收信号的质量和可靠性。
为了克服这些干扰，无线通信系统需要采用一系列的技术手段，如频率选择性衰减、信号编码、信号加密等。
5. 调制解调器调制解调器是无线通信系统中的一个重要组成部分，它将数字信号转换为模拟信号，并将其发送到空气中。
调制解调器的主要功能是将数字信号转换为模拟信号，以便于在空气中传输。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
正交调制是一种常用的技术,在以往的通信中,一般都由模拟电路实现,由于很难保证两 路载波的正交性,调制效果往往不理想,因此我们考虑用数字的方式进行正交调制. 目前比较常用的数字上变频芯片(数字频率合成芯片)有ADI的AD9852,AD9856, AD9777,等
正交数字 数字载频分别和IQ 上变频器件 基带信号相乘在相 加,即得到了数字 中频信号DAC 12bitDAC 半带滤波器 (HBF) 采样率提高5~8倍 滤除高频分量 数字信号成型
IF IF RF’LO RF
Presentation Title — 8
All rights reserved © 2003, Alcatel Shanghai Bell
接收机结构和发展—超外差接收机设计注意:镜像滤波器
1.镜像滤波器的设计:
Presentation Title — 9
All rights reserved © 2003, Alcatel Shanghai Bell
H
FreqD DCFIF 来自S2nd Harmonic
Freq
DC
Tx Band
Rx Band
In-Band Blockers Power (dBm) Blocker IMD Product
Power (dBm)
FFT
C/D
D DC Tx Band
FLO-FRF Power (dBm)
Desired Signal
中频数字信号处理-工程应用:
CIC抽取 FIR滤波
IF
AntiAliasing Filter
ADC
NCO
CIC抽取
FIR滤波
数 字 基 带 处 理
DSP
FPGA
◆NCO: numerically controlled oscillator,产生数字载波样本信号,将采样信号
搬移到零中频 ◆CIC抽取:降低了速率,但是原则是抽取后频率为带宽2.2倍以上. ◆FIR滤波:低通滤波.
I
Freq
D DC
FS-FIF FS/2
Freq
Rx Band
FLO+FRF
Desired Signal
LO Leakage
E
Freq
D DC
FLO
Presentation Title — 13
All rights reserved © 2003, Alcatel Shanghai Bell
中频采样接收机-数字中频处理
接收机结构和发展—超外差接收机设计注意:镜像滤波器
超外差接收机设计注意: 1.镜像滤波器(image reject filter)的设计:
镜像频率的产生:假如射频接收信号为RF=4000MHz,带宽为40MHz,接收中频为IF=140MHz 那么需要的本振:LO=RF-IF=3860MHz RF信号经过混频器产生的信号有: F1=RF+LO=4000+3860=7860MHz 上边带信号，通过低通消除 F2=RF-LO=4000-3860=140MHz 下边带信号，需要的信号 考虑信号RF’=RF-2IF=3720MHz 同样经过混频器产生的信号 F1’=RF+LO=3720+3860=7580MHz F2’=RF-LO=3720-3860=140MHz 很明显RF’信号通过混频同样的到了140MHz的信号,与原信号发生了混叠.这个射频信号 RF’与RF信号好像是中间隔着本振频率LO的一对对称信号,因此称为镜像频率.所以为了 保证信号的正确接收,要在混频之前加镜像滤波器,滤除RF-2IF信号.
3.模拟正交下变频器 超外差接收机中中频IF通过正交变换将中频信号转换为基带信号,但是正交调制的关键 是中频的本振信号相位完全正交,幅度平衡.否则将产生虚假信号,会产生幅度和相位误 差.这个问题可以在中频采样中得到解决.
Presentation Title — 11
All rights reserved © 2003, Alcatel Shanghai Bell
中频采样设计重点:ADC选择,带通采样 ADC选择注意:
全功率模拟带宽 抗混叠滤波 无杂散动态SFDR 性噪比SNR 非线性误差 互调失真
Presentation Title — 15
All rights reserved © 2003, Alcatel Shanghai Bell
接收机结构和发展—数字上变频发射机
PA DRIVER PA +15dB 48 dB
-10 dB
0 to -20dB
-3 dB
DAC
AD8345
TxDAC
A B
C
380 MHz
D
E
+10dB -5 dBm
F
AD8362 60 dB RMS Detector
G
ADF4212L (Int-N) ADF4252 (Frac-N)
1760 +/-30 MHz 1580 +/-30 MHz 1462.5 +/-37.5 MHz
All rights reserved © 2003, Alcatel Shanghai Bell
中频采样接收机-频谱特性
Power (dBm) Transmit Signal Out-of-Band Blocker Power (dBm) In-Band Blockers
A
DC
Power (dBm)
F
Desired Signal
Channel Select Filter
Freq
D DC Tx Band Rx Band
Out-of-Band Blocker AGC & Nqyuist Filter Power (dBm)
Freq
In-Band Blockers
SAMPLING CLOCK
B
Transmit Signal Desired Signal
Tx Band
F
B
DC
F
IF Tx Band
Tx Band
F
C
F
IF Tx Band
D
F
IF Tx Band
G
DC Tx Band
F
注意这里的中频本振泄漏没有滤除
Presentation Title — 7
All rights reserved © 2003, Alcatel Shanghai Bell
A.天线接收到的RF信号通过预选滤波器-前置选择性滤波器(RF BPF)滤除频外干扰信号的信号 B.通过低噪声放大器LNA对信号进行发大,并且不叠加大的噪声进来 C.第二级镜像抑制选滤波器(IR Filter)滤除镜像频率中的干扰信号,将其衰减到可以接收的水平 D.通过本地振荡器LO和混频器,将信号变换到指定的频道(中频)去. E.通过中频带通滤波器(信道选择滤波器),去掉无用的相邻频道和相隔频道. F.可变增益放大器,减小信号的失真,并且降低后级电路对动态范围的要求. G.模拟正交下变频器将中频信号变同相(I)和正交(Q)两路基带信号.经过ADC采样后变为基带数字 信号,进行数字基带处理
接收机结构和发展--超外差结构发射机结构
-15 dBm 380 MHz
-25 dBm
Gain=10dB NF=12 dB OIP3=20 dBm P1 dB=10 dBm
ACTIVE MIXER IF AMP Diff to SE
-15 dBm
-18 dBm
-3 dBm
+45 dBm
DAC
SAW
BAND FILTER
Presentation Title — 14
All rights reserved © 2003, Alcatel Shanghai Bell
中频采样接收机-缺点和设计注意
采用中频采样结构优点:
1.简化设计.混频器和双路ADC可以通过 一个高速ADC实现 2.数字化之后,本振/混频/放大/滤波都仅 仅是数字运算,不会产生谐波,互调等虚假 信号.
Presentation Title — 10
All rights reserved © 2003, Alcatel Shanghai Bell
接收机结构和发展—超外差接收机设计注意:模拟变频
超外差接收机设计注意:
2.中频带通滤波器 在超外差的构架中,中频带通滤波器可以有效的抑制功率信号泄漏到邻近通道,同时抑制 邻近信道干扰本信道,也就是说带通滤波器特性直接决定了收发链路的邻近通道功率抑 制(Adjacent Channel Power Rejection)与邻通道选择能力(Channel Selectivity),所 以要用特殊的元件,如声表滤波器.
发射过程: 信号经过调制,放大,滤波,通 过混频器将信号升频到一个 指定频段,通过功放由天线发 射到空中去.
Compare
Presentation Title — 3
All rights reserved © 2003, Alcatel Shanghai Bell
接收机结构和发展-超外差接收系统
频谱变 换分析
中频采样接收机缺点:
因为ADC需要在越来越高的频率下 工作,所以成本会提高,同时因为高速 ADC也会引起功耗的提高.另外AD性 能和动态范围要求提高.
模拟下变频和数字下变频的原理是一样的,但是模拟下变频中混频器的非线性和模 拟本振的频率稳定度,相噪,温飘都是影响性能和不可彻底解决的问题,而这些在数 字下变频中都不存在,
无线通信系统接收机的结构和发展
李晶 Jing.B.Li@ 2006.6.21
引言
无线通信系统发展发展以来,在演进过程中发展出了许多适合不同系统的接收机构架,许 多理论上的接收机结构也逐渐应用于实际的项目中,但是其基本目地都是不变的: -----在充满各种不同电波的天空中,将属于自己的信号接收下来,经过接收机的将信号放 大,滤波,变频,解调到原始的信号----各种构架的提出也是为了能够降低接收机的复杂度,成本,功耗,适用元器件数目等方面 考虑.这里主要了解以下几种主要的结构. 超外差接收机 (Heterodyne) 中频采样接收机 (IF Sampling) 零中频接收机(Direct Conversion) 低中频接收机(Dual IF )