通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院混频无线通信系统结构通信系统主要性能指标本章小结第二章 通信系统结构及性能指标Date1通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院在保持相同调制规律的条件下，将输入已调信号的载波频率 从fs变换为固定fi的过程称为变频或混频。（以调幅为例 ） 在接收机中， fi称为中频。一般其值为其中fo是本地振荡频率。超外差式接收机 1.定义其中，fi大于fs的混频称为上混频， fi小于fs的混频称为下混频。混频Date2通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院举例经过混频器变频后，输出频率为混频的结果：较高的不同的载波频率变为固定的较低的载 波频率，而振幅包络形状不变。Date3通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院图图 5.4.2 5.4.2 变频前后的频谱图变频前后的频谱图2.混频的实质线性频率变换 频谱搬移 Date4通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院我们知道，在频谱搬移电路中，输出信号的频 率成分与输入信号的频率成分不同，因此，要实现 频谱搬移，要求电路必须能够产生新的频率成分。根据我们所学知识，线性电路是不能产生新的 频率成分的（为什么？），因此要实现频谱搬移， 必须使用非线性电路，在非线性电路中，其核心是 非线性器件。线性电路的分析方法在非线性电路中是不适用 的，它有其特有的分析方法，主要有级数展开发和 时变参数分析法等。Date5通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院图图 a a 线性电阻的伏安线性电阻的伏安 特性曲线特性曲线图图 b b 半导体二极管的伏安半导体二极管的伏安 特性曲线特性曲线与线性电阻不同，非线性电阻的伏安特性曲线不是与线性电阻不同，非线性电阻的伏安特性曲线不是 直线。直线。 EndDate6通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院图图 5.2.4 5.2.4 线性电阻上的电压线性电阻上的电压 与电流波形与电流波形图图 5.2.5 5.2.5 正弦电压作用于二极管正弦电压作用于二极管 产生非正弦周期电流产生非正弦周期电流输出电流与输入电压相比，波形不同，周期相同。输出电流与输入电压相比，波形不同，周期相同。 可知，电流中包含电压中没有的频率成分。可知，电流中包含电压中没有的频率成分。Date7通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院EndA. 传输特性 设：则 中有：直流分量；基波分量和谐波分量：组合频率分量：“非线性”具有频率变换作用。Date8通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院混频 混频原理(频域分析） 实信号的Fourier变换：正负频率分量同时存在且互为共轭 复信号可能只存在单边频率分量Date9通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院第二章混频Date10通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院混频 混频器是三端口器件结论：时域相乘 = 频域卷积 = 频谱搬移Date11通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院 实混频 ：本振信号为实信号的混频混频1）上变频Date12通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院2）下变频（正弦载波幅度调制信号的解调）：射频 中频/基带混频Date13通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院3）镜像频率混频Date14通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院第二章复混频：载波为复指数载波混频1) 基带信号上变频Date15通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院第二章混频2) 实信号下变频（正交下变频） Date16通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院第二章3) 复信号下变频 混频Date17通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院第二章无线接收机组成 射频滤波器1 选择工作频段，限制输入带宽，减少互调(IM)失真 抑制杂散(Spurious)信号，避免杂散响应 减小本振泄漏，在FDD系统中作为频域双工器 低噪声放大器 低噪声，在不造成接收机线性度恶化的前提下提供一定的增益，抑制后 续电路噪声无线通信系统结构Date18通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院第二章射频滤波器 2 抑制由LNA放大或产生的镜像干扰 进一步抑制其它杂散信号 减小本振泄漏混频器 下变频器 接收机中输入射频信号最强的模块，线性度极为重要，同时要求较 低的噪声注入滤波器 滤除来自本振的杂散信号中频滤波器 抑制相邻信道干扰，提供选择性 滤除混频器等产生的互调干扰 如果存在第二次变频，需要抑制第二镜频无线接收机结构Date19通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院第二章Z. Q. LI中频放大器 将信号放大到一定的幅度供后续电路(如模数转换或解调器)处理 通常需要较大的增益并实现增益控制本振模块 提供稳定的本振信号 频率低的振荡器能够获得比较好的噪声性能无线接收机结构Date20通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院第二章无线接收机结构 超外差 超外差(Super-heterodyne)结构超外差（Super Heterodyne）体系结构于1917年由Armstrong发明由天线接收的射频信号首先经过射频带通滤波器（RF BPF）、低噪声放 大器（LNA）和镜像干扰抑制滤波器（IR Filter），进行第一次下变频， 产生固定频率的中频（IF）信号。固定频率的中频信号通过中频带通滤波器（IF BPF）进行信道选择对中频信号进行第二次下变频得到所需的基带信号。Date21通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院第二章 各个模块的作用 RF BPF：衰减带外信号和镜像干扰。 IR Filter：抑制镜像干扰，将其衰减到可接受的水平。 第一次下变频 ：使用可调的本地振荡器（LO1），全部频谱被下变频 到一个固定的中频。 IF BPF：用来选择信道，称为信道选择滤波器，在确定接收机的选择 性方面起着非常重要的作用。 第二次下变频：产生同相（I）和正交（Q）两路基带信号。 1） 超外差结构特点 依靠周密的中频频率选择和高品质的射频(镜像抑制)和中频(信道选择)滤波 器，一个精心设计的超外差接收机可以达到很高的灵敏度、选择性和动态范 围，因此长久以来成为了高性能接收机的首选。 超外差结构有多个变频级，直流偏差和本振泄漏问题不会影响接收机的性 能。 无线接收机结构 超外差Date22通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院第二章 使用混频器将射频信号搬到一个较低的中频频率，然后再进行信道滤波、 放大和解调，解决了高频信号处理所遇到的困难。 由于镜像干扰抑制滤波器和信道选择滤波器均为高Q值带通滤波器，它们只 能在片外实现，因此，难以进行单片集成。 超外差接收机的成本高、尺寸大。 由于中频远小于信号载频，因此在中频段对有用信道进行选择比在载频段 的选择对滤波器的Q值要求要低得多。 两个概念：频带(band)和信道(channel) 美洲IS-95蜂窝移动通信系统发射频带：824-849MHz，接收频带：869-894 MHz，带宽： 25MHz信道数量：832/频带，信道带宽为30kHz。无线接收机结构 超外差Date23通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院第二章接收机从天线上接收到的信号很弱（150 dBm至90 dBm） 接收机需要放大100-180dB。 为了使放大器稳定工作，一个频带内的放大器的增益一般不超过 50-60dB。 超外差接收机方案将接收机总增益分散到高频、中频和基带三个 频段上。在较低的固定中频上实现窄带高增益放大器比在载波频 段上更容易和更稳定。同时解调或A/D变换在较低的固定中频上 进行也比较容易。 中国GSM系统 上行频带：890915MHz(移动台发、基站收) 下行频带：935960MHz (移动台收、基站发) 频带带宽：25MHz，信道带宽为200 kHz。 2）增益的分配无线接收机结构 超外差Date24通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院第二章低噪声放大器(LNA) 低噪声放大器(LNA)应具有一定增益以减弱混频器和中频放大器的 噪声对整机的影响，提高接收机灵敏度。 LNA的增益不宜太高，因为混频器是非线性器件，进入它的信号太 大，会产生非线性失真。LNA增益一般不超过25dB。3）本振频率的选择 本振频率可以高于(High-side Injection)或低于(Low-side Injection)信 号频率，这取决于所引入镜像干扰的大小和振荡器设计的难易程度。 一般来说低频的振荡器相对于高频来说可以获得更低的噪声性能，但 是较小的变频范围。 无线接收机结构 超外差Date25通信电子线路 贺州学院机械与电子工程学院第二章4） 寄生通道干扰超外差接收机的最大缺点是组合干扰频率点多。混频器不是一个理想乘法器，而是一个能完成相乘功能的非线性器件 ，它将进入的频率为wRF的有用信号和频率为wLO的本振信号，以及混 入的干扰信号(如w1、w2)，通过混频器非线性特性中的某一高次方项 组合产生组合频率，它们可以表示为若它们落在中频频带内，就会形成对有用信号的干扰。通常把这些组 合频率引起的干扰称为寄生通道干扰。 寄生通道干扰中最为严重的干扰是“镜像干扰”。消除镜像干扰的唯一 办法是不让它进入混频器，这要靠RF-Filter滤除镜像干扰，滤