无线通信射频收发系统设计探究

摘要：经过四代移动通信发展，作为通信系统的前端部分，无线通信射频收发系统显得尤为重要，主要负责信号的接收与发送。因此，基于射频收发的无线通信系统成为目前不断被关注和研究的热点。本文对无线通信射频收发系统进行设计，并且根据射频收发系统的工作原理，对整个无线通信射频收发系统进行技术指标测试。

关键词：射频接收机 射频发射机 无线通信

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）05-0210-02

射频又简称为RF，是一种能够进行空间辐射的电磁波，而射频信号则是一种通过高频电流进行调制以后的电信号，是无线电信号中频率较高的一种信号。随着无线通信在人们生活各领域的广泛应用，射频技术也有着不可替代的作用。为了能够使信息传输质量更高，在移动通信射频收发系统中，射频模块处理宽带高频模拟信号，基带部分则处理频率低的模拟和数字信号。

1 无线通信射频收发系统设计

无线通信射频收发系统模型如图1、2所示。

由射频收发系统工作原理我们可以得知，接收机为超外差结构，信号在经过2次下变频以后，RF频段为3.5GHZ，射频为100MHZ，当信号路过滤波器以后，通过低噪声放大器等进行处理，并与本振混频变频道中频2.5GHZ、100MHZ，放大处理后由IQ解调进入ADC；而发射机为直接变频结构，信号只需要通过1次上变频，由过滤器放大IQ调制，并发射射频线路，通过滤波器由PA调制，随后进行开关和天线发射。其中，所有晶振为10MHZ，频率为2.5PPM，输入和输出电压分别为3V、0.8V，本振一、二级输出频率为：PLL1和PLL2，巴伦插损为0.54dB。因此，通过计算得出无线射频接收机和发射机的增益为：=93.96dBm、=33.96dBm；=29.1dBm、=-31.5dBm，无线射频接收机噪声系数为：=3.42dB，IIP3，RX=-15dBm。

2 射频收发系统的工作原理

2.1 射频发射机的工作原理

无线射频发射机主要是通过调制和放大功率，以及上变频和滤波将低频基带信号转换成高频射频的一个处理过程。该系统由天线、调制器、本振器、数模转换器（DAC）、滤波器，以及放大器和混频器等构成。其中，调制器的调制过程由低频信号转移至高频段进行传播，调制的方式为模拟和数字调制；本振器主要由数字分频和鉴相器，以及锁相环等电路构成。通过将频率送至混频器，并与滤波器送至的频率相乘由后级进行处理；DAC主要完成数字信号转换成为模拟信号的一个处理过程，一般由电阻网络和基准电源、模拟开关和运算放大器等构成；滤波器主要用于过滤有效信号和过滤其它干扰等信号，根据功能在无线射频发射机中涉及信道选择滤波器和射频滤波器，以及镜像抑制滤波器等；混频器主要用于变频，属于一种频率调制器，以保持原载频已调信号调制方式，将已调低频基带信号转换成已调高频射频信号；在无线通信射频发射机中，放大器涉及IF和RF信号幅度放大和功率放大器。通过幅度放大器增大或降低信号后，再通过功率放大器将信号功率放大后才能加载至天线进行发射。其常见指标涉及输出功率、频率稳定度、邻道泄露功率比、频率和相位误差、频谱纯度、矢量幅度误差等。如图3所示。

2.2 射频接收机的工作原理

射频接收机主要通过对发射机传送的射频信号进行接收以后，下变频至低频信号进行有效信息的解调。该射频接收机处于无线通信射频收发系统的前端，因此，射频接收机性能的好坏和结构是否合理直接对无线射频收发系统造成影响。当天线接收空间将射频信号传送至LNA放大，并通过变频操作转换为低频基带信号进行有效信号解调和幅度的放大，最后模拟信号在ADC转变为数字信号以后，由DSP处理或由后端设备进行处理。其常见指标涉及接收灵敏度、噪声系数、邻信道选择性、动态范围等。工作原理如图4所示。

在无线通信射频收发系统中，信息的变换主要通过调制和解调来完成，而调制和解调的目的主要是为了将信号变换成合适的传输信号，以实现信道复用、改变被信号占用的带宽，以及改善整个系统的性能等。

3 无线通信射频收发系统的测试

由于无线通信射频收发系统主要分为接收机和发射机，因此，在进行接收机和发射机测试的时候，要完成接收机增益步进、接收机噪声系数、接收机输入三阶交调点，以及发射机增益与泄露等测试。

其一，采用5V电源向接收机提供电流，并采用频谱仪对输出端的噪声信号进行检测，其测得结果为：输出端无输入信号，输入端存在噪声信号，随后通过放大和滤波信号被衰减。当射频接收机处于最大增益时，发生器中的输入信号为：-83dBm，在输入信号范围内。同时，当Makerl频率在25MHZ，信号为3.13dBm，频率为3.475GHZ，在经过2次下变频以后处于Makerl频率范围内。因此，可以得知整个增益变化在26到86.4dB范围内，并对0.5dB的接收增益进行了控制，而确定整个接收机增益步进0.5dB。

其二，为了确保噪声仪器能够准确读出接收机的噪声分析发射源，因此，在进行测试以前，必须对仪器进行校准。将噪声分析仪器的输入口直接与噪声源相连接，在设置好10至100MHZ的频率以后，通过下变频分析将扫描点数设为400，以确定扫描的精度。在校准完毕后，接入噪声仪器的输入信号端口，因此，测得最大增益噪声系数。如：接收机宽带在50MHZ内，那么噪声系数6.1dB，增益为86dB，接收机外的系统噪声系数不变，但增益会衰减。

其三，当1个弱干扰信号与2个强干扰信号在同一时间通过三阶非线性调制，就会导致某一个交调落入频带破坏有效的成分，以及使电路性能被降低。IIP3作为一个固定点，在实际测量中难以被测出，因此，可以通过测量值进行计算。设2个强等幅单音信号入侵系统，频率为：和，得，出三阶互调分量频率：Maker、（2-），通过得三阶交调点：26.80dBm。

其四，由于无线射频发射机中发射功率决定着发射的范围，因此，泄露会直接对发射机信噪比造成严重影响。利用信号发生器产生的信号，在CGA调至最大，并对输出功率进行检测，同时，将发射机的输出端与频谱仪连接，对增益进行检测。从Span可以得知干扰信号小于发射信号25dBm，为了确保频谱仪的安全，在输出端接入31dB进行衰减，并重视本振泄露与输出功率比，以及边带和输出功率比。

本文通过对无线通信射频收发系统进行设计，根据射频收发系统的工作原理，并对整个无线通信射频收发系统进行技术指标测试。综上所述，随着人们生活水平的不断提高，无线通信技术和射频技术的广泛应用，人们对无线通信的要求也将越来越高。完成一个无线通信射频收发系统的设计，系统的性能和结构是整个系统的关键，为了减少模拟环节，在详细分析系统工作原理和性能、测试，在基于ADS软件基础上实现设计，并广泛应用于各个领域。

参考文献

[1]舒浩.新一代无线通信射频收发机系统的研究和实现[D].西安电子科技大学，2011年.

[2]韩科锋.应用于2G/3G移动通信的多模发射机芯片的研究[D].复旦大学，2011年.

[3]张胜.宽带无线通信系统射频收发前端研究[D].杭州电子科技大学，2011年.

[4]何凌.基于MIMO-OFDM系统的收发信机设计与分析[D].华中科技大学.2006年.

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