基于无线通信射频收发机系统的设计

张舒深

摘  要

随着第三代手机通信技术的发展，通信技术逐渐向多媒体方向发展，具有较高的传输速率和较小的错误率。RF收发器是整个通讯的前台，承担着信号的发送和接收，是整个无线通信的重要组成部分，其作用直接关系到通讯的传输和传输的品质，同时也直接关系到 RF收发器的发展。

关键词：移动通信射频收发机系统指标

第一章 绪论

目前，在无线通信中， CMOS制程成本较低，集成度较高，而且静止时不会有 DC，因此许多数据处理部都是以 CMOS技术。但 CMOS器件的跨导数很低，而 CMOS制程的 RF电路往往会造成基板的大量损失，因此，在收发器的 RF前端，大多是使用双极制程或 GaAs。而在目前的 WLAN中，传统的基带器件占据了75%的区域，由于集成性和价格方面的原因，需其整合到一起。

第二章 系统组成

2.1射频接收机

接收器通常是由 ADC （ADC）与发射天线（Digital Digital Converter）所限定的。RF接收器的主要功能是对接收到的信号进行解调，将所需的信号从基频中提取出来，输入 ADC进行模数转换，最后输入到数字部分进行运算， RF接收器还可以分为中频和射频两个部分。通常情况下，天线会在高频区域进行信号传输，再通过一级混合电路将其降频（1中间），而在超外差电路中，则会在第1次下行转换后进行第2次下行转换，随后进入第2中间频率。现在我们来看看当前的接收器常用的配置：

(1)超外差接收机：超外差接收机将天线下来的信号进行两次下变频处理,再送入ADC。在RF信道上，我们希望滤除非常高的中心频率，并且窄信道的非常大的干扰要求滤波器具有令人惊讶的高Q值。然而，在外差结构中，信号频带被转换为低得多的频率，这降低了对信道选择滤波器的要求。

(2)零差接收：与超外差法相比，零差接收器具有结构简便、便于整合的优点，解决了镜像问题。采用适当的单片式集成式低通式滤光器和一种基带放大器，可以取代中频 SAW滤光器及后续的下转换阶段。但是，零差接收系统也存在着一定的缺陷和有待改进的地方：1.在通道的选取方面，采用有源低通滤波对通道外部的影响要优于被动滤波。究其根源，在于有源滤池与其对应的被动滤光片必须在噪音、线性化、功率消耗等方面作出更多的取舍；2、直流偏移,由于在零.差结构中下变频后的频带扩展到零频率,外部的偏移电压有可能破坏信号,更严重的是,有可能会使.后级饱和；3、I/Q失配,对于频率和相位调制技术,零差接收器必须采用正交混频,这样的话,LQ失配就显得很重要；4、偶数阶失真；5、LO泄漏。

2.2射频发射机

该发送器是 DAC （DAC）与该天线间的一部分。射频发射器的功能是把一个模拟的低频讯号转换成一个高频讯号，再经过一些运算，再由一个天线传送出来。射频发送器主要由滤波器、调制器、本振、放大器、混频器、功率放大器等组成。先通过 DAC进行滤波，然后进行调制，然后对其进行滤波，最后进行混合，最后通过功率放大器进行输出。目前的发射机的基本构成如下：采用了一种与本振频率相同的直接转换发射机，此配置叫做直接转换。

2.3射频系统结构及其个元器件参数

该接收器采用超外差法，通过2次下转换， RF频带的核心频率是3. SGHZ, RF频带宽度为100 MHZ，通过滤光器、 LAF等设备对该数据进行处理，并将其与1 G的本振混频进行下转换，下转换为中频，中间频为2 SGHZ，带宽100 MHZ，通过过滤、放大等过程，输入到 IQ解调器。该发射装置采用直接变频的方式，通过一次上变频，将该信号从0级上转换为3.5 GHZ, DAC的输出经过滤波和放大，再输入 IQ调制器， IQ调制器的固有频率是3.5 GHZ，经过上转换，达到发射 RF，发射 RF通过滤波器，通过 PA进行调制，再通过开关和天线发送给接收器的各个设备。

第三章 射频系统仿真以及测试

3.1射频接收机频带选择性仿真

射频系统模拟我们采用先进的系统结构（ADS）。

ADS （Advanced System）是一种以 HPEESOF EDA为基础的大规模集成设计软件。该系统为无线通信、航天等领域的应用，具有很好的模拟和优化性能。当射频和微波器件处于线性状态时，一般认为它们是小信号。它们是线性网络。在处理大信号时，它们被认为是在非线性状态和非线性网络中工作的。通常我们使用的S参数来分析线性网络和光谱波平衡方法来分析非线性网络。

3.2接收机系统预算增益仿真

无线电波发射器的功能是把基带讯号转变为 RF讯号，再将讯号放大至足以传输至目标位置。该系统的核心部件是一个调制器和一个功率放大器，它的工作原理简单，但是它的结构却因为各种因素而显得比较繁琐。在发射设备中，功率放大是一种昂贵且消耗巨大的能量。其中，发送器是无线通信的最终费用和 DC功耗的重要组成部分。零中频信号源的

DC漂移和本振自接收是一个必须解决的问题。零中频传送器本身不会有任何的直流偏差，但是传送器本身的振动会泄露给接收器，从而使接收器产生 DC的偏差，所以在进行发射时要慎重地考虑，使本振泄露最小化。零中频发送器发送的讯号应当是一个单侧频段讯号，但是由于工Q通路绝对不是一模一样的，会产生不同的工Q讯号，产生不同的相位值和振幅，同时也会产生一些本源讯号的相位差，从而使讯号无法充分地压制，从而提高系统的错误速率。

3.3接收机信道选择性仿真

通道的选择作用是通过一个中间频率的滤波来实现的。通过对全机 S参量的模拟，可以得到通道的选择性，模拟的横轴是接收端的输入频段，纵轴是S21的纵轴是 dB，通过模拟的结果可以看到整个接收器的选取和整体的增益。

3.4发射机系统预算增益仿真

射频的发射机的作用是将基带信号转换成射频信号，并放大到足够的功率发射出去，使其能够传送到目的地。发射机主要包括调制部分和功放部分，原理并不复杂，但其设计由于各方面的原因变得复杂。发射机的功率放大器成本高昂，功耗很大。发射机在无线通信终端成本和直流功率损耗上占了很大的比重。零中频发射机的直流偏移和本振自接收是个需要重点考虑的问题。零中频发射机并不存在直流偏移的问题，但发射机本振泄漏出去，再通过天线被接收机接收，这就会造成接收机的直流偏移，因此在设计发射部分时应该仔细考虑，尽量减少本振泄漏。零中频发射机的发射信号应该是个单边带信号，但因为工Q两路路径肯定不能完全一致，会引起工Q两路信号的不平衡，在相位和幅度上会有一定的偏差，以及本振信号可能有一定的相位偏差，这些问题都会造成载波和边带的不完全抑制，导致误码率的增加。

参考文献

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[2]杨正勇.无线通信射频收发系统探究[J].数码世界,2020.

[3]许涛.浅析无线通信中射频收发系统的研究与设计[J].中国高新区,2019.

[4]佘波.论无线通信中射频收发系统的研究与设计[J].数码世界,2019(12):1.