GSM手机射频系分析与研究.doc

GSM手机射频系统分析与研究 湖南大学电气与信息工程学院 朱江 黎福海 　 　 ????文章首先介绍了GSM手机的RF部分功能，从最原始的二次模拟变频开始,到现在出现的零中频方式,再到必威体育精装版的采用DSP技术的数字低中频二次变频,分析了几种变频方法的优缺点,其中提出的最后一种数字变频方式更有利于现在新技术的应用,而且已有类似方案出现，而且在国内被一些厂家采用。在信号调制方面，对上变频的过程中的GMSK信号调制做出详细分析,结分别对不同压缩带宽的GMSK调制信号在误码率方面的影响做出比较分析,提出对现有的GMSK(BT=0.3)的调制方式改进在技术上实现的可能性,希望能在兼顾误码率效果和邻道干扰方面寻求一种更好的动态平衡效果,保证通信质量. ????1 引言 ????GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成.随着大规模集成电路器件和微处理器技术的发展以及表面贴装工艺的广泛应用，蜂窝移动通信有了实现的技术基础。我国陆地公用蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz频段： 905～915（移动台发、基站收） 950～960（基站发、移动台收）,后来扩展到1.8GHz频段的DCSI800, 1710～1785（移动台发、基站收） 1805～1880（基站发、移动台收）,因为后来扩展到1.8GHz频段只是在载波频段上不同,所以本文在很多时候主要针对900MHz频段进行讨论,文中结合了现今MOTOR,ADI,SILICOND等一些 GSM射频方案,在信号调制方面进行分析。 ????2.1 传统的二次变频简介与分析 ????传统GSM蜂窝手机是一个工作在双工状态下的收发信机。一部移动电话总的包括射频部分、基带部分；其中射频部分包括接受和发射部分，基带部分包括数字逻辑，电源管理和显示部分。射频系统由射频接收和射频发射两部分组成。射频接收电路完成接收信号的滤波、信号放大、解调等功能；射频发射电路主要完成语音基带信号的调制、变频、功率放大等功能。手机电路中不管是射频接收系统还是射频发射系统出现故障,都能导致手机不能进入GSM网络。射频电路则包含接收机射频处理、发射机射频处理和频率合成单元。传统的机型很多采用二次变频,若接收机射频电路中有两个混频电路，则该接收机是超外差二次变频接收机。超外差二次变频接收机的方框图如图1所示。 图1 超外差二次变频接收机 ????二次变频接收机多了二个混频器及一个VCO,这个VCO在一些电路中被叫做IFVCO或VHFVCO。诺基亚手机、爱立信手机、三星、松下和西门子等手机的接收机电路基本上都属于这种电路结构。在这种接收机电路中,若RXI/Q解调是锁相解调, 则解调用的参考信号通常都来自基准频率信号。这中采用二次变频的方法在第一次混频，即下变频多采用71MHz。这种模式有其自身的缺陷，成本很高；需要很多的分立的元件；存在镜像干扰的问题；在多模多频的情况下，如中国就是采用900MHz和1800MHz，如果是出口的手机还需要更多的中频率滤波器，因为有些国家就是用的850MHz，和1900MHz。 ????2.2 零中频优缺点分析 ????后来随着发展又出现直接变频的方式，现在国内，以国际上很多采用的是直接一次变频的方式，主要是采用零中频方式。在这一方面做的好的有ADI公司，一次变频如图2有其自身的好处如：更高的集成度，减少了中频滤波器，中频锁相环路，中频频率为零，不存在镜像干扰问题，但是它也有其自身的缺限，直流分量和低频干扰信号将会影响接收信号，现今ADI已有AD6539等IC产品出来。 图2 零中频接收机 ????2.3 数字低中频采用 ????为解决上面的一系列问题采用隔离型数字低中频。如图3，这样还是保证了其高的集成度；同样也没有中频滤波器，中频锁相环路，消除了镜像干扰，150KHz中频滤波很好的带宽选择性，由于每信道为200KHz，这样很好的消除了直流分量和低频干扰的问题。还可以防止本振荡的自身耦合和混频对接受信号的干扰。但是他就增加一个数字混频器。 ????这样对如手机的PCB布板是很有很大好处的，因为很多手机主板都是用的6层板，少量的是用的是8层板，除了地线，和几个从LDO出来的电源线外，多数信号线采用的4mil线宽，当然射频接受的I/Q信号线就采用的8mil，从天线开关出来向耦合器和天线走的布线就考虑很多了，线宽，走向，虽然有匹配网络来满足50欧姆功率传输功率匹配，但是一开始的走向影响是很大的，一旦布下去就最好不要经常改动，如果是同样的RF方案的话，最好追寻一种最好的布线就不要经常动了。因为在很多RF测试中和EMC测试的时候，是要花很多时间的，这样做很大的增加开发周期。所以如果外围电路得不到简化的话，射频性能很难得到改善，现