From Antenna
RF Band Filter
LNA
90Ο
LO
AGC Band Pass ADC
Mixer
优点：除了零中频结构的优点外，还消除了直流漂移问 优点：
题和闪烁噪声的干扰。 不足： 不足 ： 除了偶次谐波失真、I/Q通道不平衡之外，镜频 抑制非常困难。
镜像频率抑制结构： 2.5 镜像频率抑制结构：Hartley结构 结构
f
Baseband filter Baseband filtering and ADC
LO2=IF
f
I&O Channel
f
2.2 超外差结构接收机
超外差结构接收机特点 优点： 优点：
1、靠中频滤波器来选择信道，信道的选择性指标做得很高 2、系统总增益分配到高频、中频及基带三个频段上，高增益放大容易 3、在较低的固定中频上解调或A/D变换比较容易 4、灵敏度和选择性之间的矛盾容易缓解
4、闪烁噪声：主要增益放在基带级，因此输入的相关噪 闪烁噪声：
声（如可变增益放大器VGA，滤波器，ADC等基带处理）是 主要的。特别是，下变频后的信号以零频为中心，有源器 件的闪烁噪声对信号有极大的影响
2.4 低中频结构
原理框图： 原理框图：IF比零中频稍高一些。
Mixer Poly Phase Filter AGC Band Pass ADC
2.6 中频带通采样结构
设信号中心频率为 f 0 ，带宽为 Bs ，系统处理带宽为B f ( 2 n + 1) B 时，采样频率可以为 f s = 2 B ，Bs ≤ B ≤ s 当满足 f 0 = 2 2
fi
BPF 放大 A/D DSP
=
( fL + fH ) 2
本振 f L
fs
若B略大于Bs，则称为窄带中频采样。 略大于Bs，则称为窄带中频采样。 Bs 缺点：模拟部分多；中频带宽较窄，对信号的适应性和可扩展性不足； 本振信号的频率步进(分辨率)一旦确定，对信道间隔的适应能力就变差； 存在噪声混叠的影响。 优点：变频次数少；数据处理灵活；ADC容易。 远大于Bs 则称为宽带中频采样。 Bs， 若B远大于Bs，则称为宽带中频采样。 优点：模拟电路带宽宽，滤波器简单；适应性和可扩展性增强；幅相畸 变小；延时小；可同时容纳多个信道的信号；大步进本振。 缺点：对射频前端及ADC要求高；存在噪声混叠的影响。构存在着许多在超外差接收机结构中没 有的或不甚严重的问题，如直流偏移、偶次谐波失失真、 I/Q通道不平衡、闪烁噪声等问题 直流偏移： 1、直流偏移：是零中频特有的一种干扰，由自混频引起
Antenna Self-mixing of interferer
LNA Mixer output with DC offset LO Self-mixing LO
2、偶次谐波失真： 偶次谐波失真：
假设任意两个强信号f1,f2，若它们的频率非常接近， LNA的偶次畸变会产生一个低频分量|f1-f2|。若混频器的 RF和LO端的隔离度不理想，则该低频分量直接通过混频器， 落在信号频段或相邻的信道上，恶化信号失真比，加重了 后续滤波电路的负担。故在零中频接收机中必须研究用二 阶截点来表征的二阶非线性。 而一般RF接收机仅仅对奇次谐波互调比较敏感。因为在 放大器中，只有奇次互调才可能产生与输入信号频率相同 或相近的杂散分量。 。
2.3 零中频结构
原理框图
RF I Baseband LPF Baseband ADC I
RF BPF
LNA
90Ο
Q Baseband LPF Baseband ADC Q
LO
零中频结构又称直接变换接收机结构。 来自天线的RF信号，经RF带通滤波器选择出有用信号 后送入LNA放大，然后送入正交混频器，与可调频率的 两路本振信号混频，直接产生正交、同相两路信号输出， 并分别经低通滤波后送到ADC。
2.2 超外差结构接收机
系统中各信号的频谱关系如下图
RF&IMG REJ Filter
S( f )
Down conversion, 1st mixer
IMG Band IF Filter
LO1
RF Band
f
Channel selection Down conversion, 2nd mixer IF
1)泄漏的本振信号从天线回到射频放大器，在混频器的射 频中与本振信号差拍为直流。 2)部分从天线而来的强干扰信号泄漏到混频器的本振端口， 与混频器射频端的同样的强干扰信号混频为直流。 这些直流分量叠加在基带信号之上，而且其电平往往较 大，甚至大到使后级的低频放大器饱和，无法放大信号。
2.3 零中频结构
射频宽带直接带通采样结构
窄带电调 滤波器 放大器 A/D DSP
f o = (2n + 1) f s / 4
f s & f sm
优点 ： ADC较为容易； 信噪比、动态范围易 满足要求。 缺点： 缺点：存在采样盲区， 多个采样频率外，采 样时钟的产生比较困 难。
2.8 小结
超外差结构、直接下变频(零中频)结构、镜像频率抑 制结构、低中频结构等一般属于基带采样结构。 其特点一般是接收机进行一次或一次以上的变频，ADC 前的信号为基带信号或信号频率较低，采用过采样，采 样频率也比较低。一般而言，这些结构所用的模拟器件 较多、体积功耗大、灵活性差、适应性差，生产调试非 常复杂。 随着半导体的发展，特别是ADC、DSP、FPGA等大规模 集成电路的发展，促使接收机的设计发生了根本的变化。 而SWR的提出正好顺应了技术发展的潮流。
2.3 零中频结构
3、I/Q通道不平衡 I/Q通道不平衡
I/Q通道的必要性 ： I/Q 通道的必要性：实际中被调制信号用同相分量I和正交 通道的必要性 分量Q表述。 在零中频结构中，要实现正交下变频，就需要对RF信号 或本振信号移相90º。 实际对本振信号移相，产生两路正交本振信号。 问题是实际中的移相器和I、Q支路并不是理想的，总会 有幅度和相位误差，被称为I/Q不平衡，从而产生I、Q通道 间的交调(crosstalk)，引起成对回波，恶化了信噪比和最 佳探测条件。
2.7 射频采样结构
射频全宽开低通采样结构
是理想的软件无线电结构。设r为前置超宽带滤波器的矩形系数。
双工器 超宽带 滤波器 超宽带 放大器 超高速 A/D 超高速 DSP
f s > 2rf max
优点：模拟射频部分最少,有最好的灵活性。 优点： 缺点： 缺点：射频前端困难；动态范围小；相对低中频而言，孔径 抖动的影响大。
vB (t ) =
VRF V cos(ωLO − ωRF )t + im cos(ωLO − ωim )t 2 2
在理想条件下，C点信号为 v IF ( t ) = v B ( t ) + v C ( t ) = V RF cos( ω LO − ω RF ) t 不需要镜频抑制滤波器。但要求两条支路的幅相特性必须 完全一致、两路本振必须正交。否则无法抵消镜频。
2.1 接收机结构
接收机基本上是由放大器、滤波器、混频器等部件将模拟 输入信号放大、滤波并进行若干次频率搬移或变换，再通过 ADC采样，送计算机或DSP作进一步处理。 根据ADC采样处的信号频率、接收机的变频次数等因素将 接收机结构划分为： 基带采样： 基带采样：包括超外差结构、直接下变频(零中频)结构、 镜像频率抑制结构、低中频结构等。 中频采样： 中频采样：窄带中频和宽带中频带通采样 射频直接采样： 射频直接采样：全宽开低通采样、射频直接带通采样。 此外根据ADC采样频率和信号带宽的关系又分为： 带通采样： 带通采样：采样频率取 fs = 2( f L + f H ) /(2n + 1) 低通采样： 低通采样：大于Nyquist采样率进行采样
2.3 零中频结构
系统中各信号的频谱关系如图
RF Filter Down conversion, one step mixer RF Band Baseband filter IF Filter LO
f
Baseband filtering and ADC I&O Channel
f
特点： 特点：
1、中频为零，就不存在镜频干扰。 2、射频链路中只包含高频低噪声放大器和混频器，增益不高，易于满足 线性动态范围的要求。 3、接收通路中，混频之后可以用模拟低通滤波器或数字滤波器来实现， 易于集成。可利用可编程的低通滤波器来兼容多种通信标准，适应性好。 4、信号的放大、处理主要在基带进行，对ADC的要求不高，容易实现，降 低了设备的复杂度
用抵消的方式解决超外差接收机中的镜频抑制问题。 设射频输入为信号加 干扰： vi (t ) = VRF cosωRFt
sin(ωLOt ) LPF 射频输入 LPF cos(ωLOt ) B A 90o C 中频输出
+ Vin cosωint
则A点、B点信号分别为
vA (t ) = VRF V sin(ωLO − ωRF )t + im sin(ωLO − ωim )t 2 2
1、RF信号经带通滤波器滤除带外干扰 2、低噪声放大器LNA放大，以减少后级电路噪声的影响。 3、LNA的输出经镜频抑制滤波器滤除镜频信号(镜频抑制) 4、送入混频器输入端与频率可调谐的本振信号混频，变频到固定中频 5、中频信号经过高Q值的选择滤波器、放大器处理后送入第二级变频器，与 固定频率的两路正交本振信号混频，产生同相和正交两路信号输出，再经低 通滤波后得到两路基带 6、在基带内完成低通滤波、相位补偿、均衡、数字化等处理工作。 其中变频级多采用一次变频或二次变频方案。(混频器与变频器得区别？)
2.2 超外差结构接收机
原理框图
RF Stage RF RF to IF IF to Baseband I Baseband LPF Baseband ADC I