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射频基础知识
射频= Radio Frequency (RF) → 无线
中波广播 短波广播 RFID 调频广播 (无线)电视 遥控模型 个人移动通信 WLAN, Bluetooth(ISM Band)
530-1700 kHz 5.9-26.1 MHz 13 MHz 88-108 MHz 54-88, 174-220 MHz 72 MHz 900MHz, 1.8, 1.9, 2 GHz 2.4-2.5GHz, 5-6GHz
DCS1800 手机发：1710～1785MHz；手机收：1805～1880MHz。
• GSM的调制方式是BT=0.3的GMSK，调制速率为 270.833千波特，0.3表示了高斯滤波器的带宽和比特率 之间的关系。 • 在GSM中，数据的比特率被选择为正好是频偏的4倍， 这可以减小频谱的扩散，增加信道的有效性。
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传输线
• 同轴线或同轴电缆(coaxial cable) • 平行双线(twin-lead, two wire) • 微带线(microstrip)
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波动方程和特性阻抗
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元器件和寄生参数
– 分立无源元件的高频模型 电阻、电容和电感的阻抗在高频时往往与它们的标称值有很大的 偏差，这时寄生元件造成的，它们降低了元件的品质因数和自谐 振频率 – 自谐振频率 频率高到一定的程度，元件的阻 抗会由原来的感性变成容性或由 容性变成感性，这说明寄生效应 已经占据主导地位，元件无法再 工作。例如右图中一个电感电抗 随频率的变化。
1 复帧 = 26 TDMA帧（120ms） 0 1 24 25 0
1 复帧 = 51 TDMA帧（3060/13ms) 1 49 50
1 TDMA帧 = 8 时隙（120/26 = 4.615ms） 0 1 2 3 4 5 6 7
1 时隙 = 156.25 比特 持续期（15 / 26 ms） 常规突发序列 （NB） 频率校准 突发序列 （FB） 同步突发序列 （SB） 接入突发序列 （AB） TB 3 TB 3 TB 3 TB 8 加密信息比特 39 同步序列 41 加密信息比特 58 训练序列 26 加密信息比特 58 TB 3 TB 3 加密信息比特 39 TB 3 GP 68.25 TB 3 GP 8.25 GP 8.25 GP 8.25 TB:尾比特
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GSM的多址方案
• FDMA与TDMA的混合方式 • 每个载波带宽为200kHz，含8个物理信道。
频 率
200KHz
BP
时间 间隙
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15/26ms
帧结构
• 时隙（Slot)：一个时隙为15/26ms（约0.577ms）,包 含156.25个码元 • 突发脉冲序列（Burst）：一个时隙的物理内容称之为 一个突发序列 • 帧（Frame）：每个TDMA帧含8个时隙，共占 60/13=4.615ms • 多个TDMA帧构成复帧 • 多个复帧构成超帧（Super Frame）, 51*26个TDMA帧 • 超高帧由2048个超帧构成
接收机体制
零中频
超外差
零中频
频段Leabharlann 双频段三频段四频段
双频段
3 个 LNA （号称4 频段）
是
双频段
内置VCO
本 振 的 RF VCO和发射 的VCO均外 接
本 振 的 RFVCO 和 发射的VCO 均外接
是
本 振 的 RF/IF VCO 集成在主芯 片内，发射 的外接
是
内置LDO 内置功率控 制环路
否 否
整数分频(Integer-N) 频率合成器
分频的作用 – 输出信号经分频以后与 输入参考信号进行鉴相， 锁定时有 fr = fo/N 因此 fo = N fr 改变分频比N即可获得不同 的输出频率
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PLL频率合成
小数分频(Fractional-N) 频率合成器
整数分频结构简单， 但是有一个很重要的 缺点，它的参考信号 (PD 的输入) 频率必 须等于信道间隔( 或宽 度)，这带来了一些问 题： – 环路带宽受到参考频率限制，从而影响了响应速度以及对VCO噪声 的抑制 – 需要很大的分频比，放大了PD输入端的噪声小数分频频率合成器 的输出信号频率可以以参考信号频率的小数倍变化，解决了以上 问题。
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零中频结构及主要特点
零中频接收机中 LO与有用RF信 道的频率相同 –不存在镜像频率 –不需要镜频抑制 滤波器 –信道选择只需低 通滤波器（通常集成在射频主芯片内）
直流偏移问题（DC offset） 本振泄漏和放大器直流漂移等都会造成DC offset
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发射机体系结构
直接上变频(Direct-conversion) 超外差式 偏置锁相环发射电路（OPLL）
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偏置锁相环发射结构
调制信号的带宽通过环路滤波器来控制，可以获得很好的带外抑制， 杂散小 只能用于恒包络调制方式
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频率合成
整数分频(Integer-N) 频率合成器 小数分频(Fractional-N) 频率合成器 直接数字频率合成(DDS)
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PLL频率合成
PLL基本原理
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PLL频率合成
142个固定零比特
3个 停止比特
8.25个 保护时间比特
SCH突发序列 3个 39个 64个 39个 3个 8.25个 起始比特 加密数据比特 训练比特 加密数据比特 停止比特 保护时间比特 RACH突发序列 8个 起始比特 伪突发序列 3个 起始比特
41个 同步比特
36个 加密数据比特
3个 停止比特
(Front-end Switch Model)
GSM900(Tx) GSM1800(Tx)
I Q I Q 基带芯片 Clock (B.B Block) Data Le
功率放大器+功率 控制芯片
(PA+PA Control IC)
APC(PA_Lever)
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手机射频主芯片的发展趋势
射频方案 ADI Othello ADI Othello one 零中频 ADI Othello TV 零中频 TI Pascal TI Rita Skyworks 74073 单片射频 模块 零中频
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直接上变频
– 结构简单 – 功放对本振形成干扰(LO pulling or injection locking) – 本振频率可以通过加减一个偏移量来获得，从而避免 LO pulling
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超外差式
– 功放与本振之间具有良好的隔离度 – 第一本振频率较低，可以达到较高的调制质量 – 复杂度较高
固定比特 142
GP:保护期
训练序列 64 信息比特 36
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Burst
• Burst分为：常规Burst，接入Burst，F Burst和S Burst
正常突发序列 3个 58个 26个 58个 3个 8.25个 起始比特 加密数据比特 训练比特 加密数据比特 停止比特 保护时间比特 FCCH突发序列 3个 起始比特
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帧结构示意图
1 超高帧 = 2048 超帧 = 2715648 TDMA帧（3h 28min 53s 760ms） 0
TCH SACCH/T FACCH
1
2
3
2044
2045
2046
2047
BCCH CCCH SDCH
1 超帧 = 1326 TDMA帧（6.12秒） 0 0 1 2 1 3 47 48 24 49 25 50
CDMA 800MHz
824MHz～849MHz 上行频率 869MHz～894MHz 下行频率
WCDMA IMT
1920MHz～1980MHz 上行频率
2110MHz～2170MHz 下行频率
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分布系统与集总系统
分布(distributed) 系统与集总(lumped) 系统 – 环路电压和节点电流定律在任何时候都成立吗？ 当然，如果你的模型没错的话。 – 任何电路、元器件、连接线本质上都是分布系统，在某些条件下它 们的 分布特性可以被忽略，正如在某些条件下微积分可以简化为四则运 算 – 对于一条长度为l 的低损耗连接线和波长为λ的信号， 当l << 0.1λ，连线可以看成理想的电路连接线(阻抗为0的集总系统) 当l > 0.1λ，我们认为它是一个分布系统－传输线
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直接数字频率合成
直接数字频率合成(DDS) – 不需要VCO和其它环路元件，因此其相位噪声、 响应速度和稳定性均优于 锁相环频率合成器，并且可以对数字信号直接进 行调制 – 最高输出频率受时钟、DAC等的限制，同时功 耗较大
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GSM手机基础知识
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无线通信系统和信道
– 蜂窝通讯与频率复用 – 噪声与干扰的普遍存在 背景噪声 同信道干扰 相邻和临近信道干扰 来自其它系统的干扰和阻塞 – 无线信道的不理想性 信号随传播距离迅速衰减 多径衰落：不同反射路径的 信号在接收天线处叠加，造 成几十dB 的信号起伏 – 决定了接收机灵敏度、动态 范围、选择性，发射机功放 的结构，信号的泄漏等指标
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接收机体系结构
超外差 低中频或近零中频 零中频或直接变换
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超外差结构
经典接收机架构，性能好，成本高 使用混频器将高频信号搬到一个低得多的中频频率后再进行信道滤 波、放大和解调解决了高频信号处理所遇到的困难。 组合频率干扰 射频滤波器等元器件多，不易集成
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低中频结构
具有与零中频结构类似的优点，同时避免了DC附近的问题 要求很高的镜频抑制比，需要结合使用抑制镜频的变频结构和额外 的镜 频抑制措施
68.25个 扩展保护时间比特
58个 混合比特
26个 训练比特
58个 混合比特
3个 停止比特
8.25个 保护时间比特