第9章　典型无线通信系统设计与电路分析.pdf

第9章 典型无线通信系统设计与电路分析 9.1 无线通信系统的设计 9.1.1 接收机电路系统的设计 一般而言，无线通信系统的接收机需满足下列基本要求： l 高增益 （约 100 dB）。用来将接收到的功率极低的有用信号放大到接近于原始基带信号的 幅度。 l 良好的选择性。在接收到有用信号的同时，必须能有效地抑制邻近信道、镜像频率，以及 其他的干扰信号。 l 下变频。将接收到的射频信号下变频至中频信号以进一步处理。 l 解调。对下变频后的模拟或数字信号进行解调，恢复出原始信号。 l 隔离。将接收机与发射机相隔离，避免大功率的发射信号泄漏到接收机的输入端从而导致 接收机的饱和。 对于典型的无线通信系统，接收机天线处的信号功率一般在-100~-120 dBm 之间，因此，接收机 需要提供 100~120 dB 左右的增益。为了保证系统的稳定以及避免振荡的发生，这 100 dB 左右的增 益需合理地分配在射频、中频，以及基带等模块中。在实际应用中，应尽量避免单一模块的功率增 益超过 50 dB。 从原理上讲，信道的选择性可通过射频阶段的窄带滤波器实现，但实际上，在射频处要实现符 合信道选择要求的带宽、截止特性等要求的滤波器非常困难，因此，实用的方案是在射频阶段采用 相对带宽较大的射频滤波器选择信号所属的频带，再将其下变频，在中频阶段利用截止特性优异的 中频滤波器实现信道选择。现在许多无线通信系统都采用若个带宽窄、且邻近分布的信道来实现通 信，该类系统往往采用固定频率的中频滤波器和可变频率的本振信号来实现信道的选择，如蓝牙系 统的频带为 2400~2483.5 MHz ，该频带被分为 79 个 1 MHz 带宽的信道 f i = 2402 +i ×MHz ; i=0, … ,78. 无线通信系统有半双工、全双工之分。半双工系统接收和发射在不同的时隙进行，采用微秒级 的开关切换，如 GSM、GPRS、TDMA 等；全双工系统接收和发射可同时进行，但接收和发射采用 不同的频带，如 PCS、WCDMA 、AMPS 等，为了避免大功率的发射信号泄漏到接收端，需采用隔 离性能良好的双工器。 接收机的结构及实现在前述章节中已有详细描述，本小节介绍接收机设计时需要注意的一些系 统的概念。 1. 动态范围 在表征器件的性能时，线性动态范围和无杂散动态范围被广泛采用，在本章中我们引入第三个 动态范围的定义，来表征接收机的性能。该定义涉及最小可检测信号功率、最大可输入功率、自动 增益控制等。 （1 ）最小可检测信号 为保证无线通信系统能可靠地工作，要求接收到的信号不能小于某一特定功率，该最小信号称 为最小可检测信号 （MDS, minimum detectable signal ），其数值与天线及接收机的噪声特性、接收机 解调器所要求的输入信号信噪比(SNR)有关。接收机解调器所要求的输入信号信噪比取决于具体的应 用、信号的调制方式等，典型的数值如表 9-1 所示 表 9-1 典型无线通信系统接收机解调器所要求的输入信号信噪比及其他参数 System Minimum Reference Modulation Symbol Maximum Note SNR(dB) Sensitivity(dBm) Rate(ksps) Error Rate(%) AMPS 3.5 -116 FM TDMA 10 -110 π/4 24.3 3(BER) DQPSK PHS 11 -97 π/4 19