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天線信號(hào)的接收流程
發(fā)表時(shí)間:2020-08-06

一、通過天線接收

二、saw filter聲表面濾波器

SAW filter聲表面波元件主要作用原理是利用壓電材料的壓電特性,利用輸入與輸出換能器(Transducer)將電波的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,經(jīng)過處理后,再把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電的信號(hào),以達(dá)到過濾不必要的信號(hào)及雜訊,提升收訊品質(zhì)的目標(biāo)。 聲表濾波器和聲表諧振器被廣泛應(yīng)用在各種無線通訊系統(tǒng)、電視機(jī)、錄放影機(jī)及全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收器上替代LC諧振電路,用于級間耦合和濾波。主要功用在於把雜訊濾掉,比傳統(tǒng)的 LC 濾波器安裝更簡單、體積更小。其缺點(diǎn)是插入損耗比LC諧振電路大。

三、低噪聲放大器

噪聲系數(shù)很低的放大器。一般用作各類無線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器,以及高靈敏度電子探測設(shè)備的放大電路。在放大微弱信號(hào)的場合,放大器自身的噪聲對信號(hào)的干擾可能很嚴(yán)重,因此希望減小這種噪聲,以提高輸出的信噪比。由放大器所引起的信噪比惡化程度通常用噪聲系數(shù) F來表示。理想放大器的噪聲系數(shù) F=1(0分貝) ,其物理意義是輸出信噪比等于輸入信噪比?,F(xiàn)代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場效應(yīng)晶體管;微波低噪聲放大器則采用變?nèi)荻O管參量放大器 ,常溫 參放的 噪聲 溫度 Te 可低于幾十度(絕對溫度),致冷參量放大器可達(dá) 20K以下,砷化鎵場效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用已日益廣泛,其噪聲系數(shù)可低于 2 分貝。放大器的噪聲系數(shù)還與晶體管的工作狀態(tài)以及信源內(nèi)阻有關(guān)。在工作頻率和信源內(nèi)阻均給定的情況下,噪聲系數(shù)也和晶體管直流工作點(diǎn)有關(guān)。為了兼顧低噪聲和高增益的要求,常采用共發(fā)射極一共基極級聯(lián)的低噪聲放大電路。

四、混頻器

變頻(或混頻),是將信號(hào)頻率由一個(gè)量值變換為另一個(gè)量值的過程。具有這種功能的電路稱為變頻器(或混頻器)。

一般用混頻器產(chǎn)生中頻信號(hào):

混頻器將天線上接收到的信號(hào)與本振產(chǎn)生的信號(hào)混頻,當(dāng)混頻的頻率等于中頻時(shí),這個(gè)信號(hào)可以通過中頻放大器,被放大后,進(jìn)行峰值檢波。檢波后的信號(hào)被視頻放大器進(jìn)行放大,然后顯示出來。由于本振電路的振蕩頻率隨著時(shí)間變化,因此頻譜分析儀在不同的時(shí)間接收的頻率是不同的。當(dāng)本振振蕩器的頻率隨著時(shí)間進(jìn)行掃描時(shí),屏幕上就顯示出了被測信號(hào)在不同頻率上的幅度,將不同頻率上信號(hào)的幅度記錄下來,就得到了被測信號(hào)的頻譜。

五、阻塞抑制濾波器,可變信道選擇濾波器

參照濾波器相關(guān)文章。

 

六、模擬信道均衡

均衡根據(jù)通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要技術(shù),分為兩種方式:頻域均衡和時(shí)域均衡。頻域均衡是利用可調(diào)濾波器的頻率特性來彌補(bǔ)實(shí)際信道的幅頻特性和群延時(shí)特性,使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的總頻率特性滿足無碼間干擾傳輸條件。時(shí)域均衡是直接從時(shí)間響應(yīng)角度考慮,使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)傳輸系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無碼間干擾條件。頻域均衡滿足奈奎斯特整形定理的要求,僅在判決點(diǎn)滿足無碼間干擾的條件相對寬松一些。所以,在數(shù)字通信中一般采用時(shí)域均衡。
時(shí)域均衡器可以分兩大類:線性均衡器和非線性均衡器。如果接收機(jī)中判決的結(jié)果經(jīng)過反饋用于均衡器的參數(shù)調(diào)整,則為非線性均衡器;反之,則為線性均衡器。在線性均衡器中,最常用的均衡器結(jié)構(gòu)是線性橫向均衡器,它由若干個(gè)抽頭延遲線組成,延時(shí)時(shí)間間隔等于碼元間隔 。非線性均衡器的種類較多,包括判決反饋均衡器(DFE)、最大似然(ML)符號(hào)檢測器和最大似然序列估計(jì)等。均衡器的結(jié)構(gòu)可分為橫向和格型等。因?yàn)楹芏鄶?shù)字通信系統(tǒng)的信道(例如無線移動(dòng)通信信道)特性是未知和時(shí)變的,要求接收端的均衡器必須具有自適應(yīng)的能力。所以,均衡器可以采用自適應(yīng)信號(hào)處理的相關(guān)算法,以實(shí)現(xiàn)高性能的信道均衡,這類均衡器稱為自適應(yīng)均衡器。
自適應(yīng)均衡器的工作過程包含兩個(gè)階段,一是訓(xùn)練過程,二是跟蹤過程。在訓(xùn)練過程中,發(fā)送端向接收機(jī)發(fā)射一組已知的固定長度訓(xùn)練序列,接收機(jī)根據(jù)訓(xùn)練序列設(shè)定濾波器的參數(shù),使檢測誤碼率最小。典型的訓(xùn)練序列是偽隨機(jī)二進(jìn)制信號(hào)或一個(gè)固定的波形信號(hào)序列,緊跟在訓(xùn)練序列后面的是用戶消息碼元序列。接收機(jī)的自適應(yīng)均衡器采用遞歸算法估計(jì)信道特性,調(diào)整濾波器參數(shù),補(bǔ)償信道特性失真,訓(xùn)練序列的選擇應(yīng)滿足接收機(jī)均衡器在最惡劣的信道條件下也能實(shí)現(xiàn)濾波器參數(shù)調(diào)整,所以,訓(xùn)練序列結(jié)束后,均衡器參數(shù)基本接近最佳值,以保證用戶數(shù)據(jù)的接收,均衡器的訓(xùn)練過程成功了,稱為均衡器的收斂。在接收用戶消息數(shù)據(jù)時(shí),均衡器還不斷隨信道特性的變化連續(xù)地改變均衡器參數(shù)。
均衡器的收斂時(shí)間受均衡算法、均衡器結(jié)構(gòu)和信道特性的變化情況所決定。通常,均衡器需要通過重復(fù)性地周期訓(xùn)練保證能夠一直有效地抑制碼間干擾。所以,用戶數(shù)據(jù)序列需要被分割成數(shù)據(jù)分組或時(shí)隙分段發(fā)送。
均衡器通常工作在接收機(jī)的基帶或中頻信號(hào)部分,基帶信號(hào)的復(fù)包絡(luò)含有信道帶寬信號(hào)的全部信息,所以,均衡器通常在基帶信號(hào)完成估計(jì)信道沖激響應(yīng)和解調(diào)輸出信號(hào)中實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)算法等

七、可編程增益放大器

隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,為了減少硬件設(shè)備,可以使用可編程增益放大器(PGA:Pmgrammable Gain Amplifier)。它是一種通用性很強(qiáng)的放大器,其放大倍數(shù)可以根據(jù)需要用程序進(jìn)行控制。采用這種放大器,可通過程序調(diào)節(jié)放大倍數(shù),使A/D轉(zhuǎn)換器滿量程信號(hào)達(dá)到均一化,因而大大提高測量精度。所謂量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換就是根據(jù)需要對所處理的信號(hào)利用可編程增益放大器進(jìn)行倍數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié),以滿足后續(xù)電路和系統(tǒng)的要求。 可編程增益放大器有兩種——組合PGA和集成PGA。

 組合PGA一般由運(yùn)算放大器、儀器放大器或隔離型放電器再加上一些其他附加電路組成。器工作原理是通過程序調(diào)整多路轉(zhuǎn)換開關(guān)接通的反饋電阻的數(shù)值,從而調(diào)整放大器的放大倍數(shù)。

  常用的儀用測量放大器采用兩級放大電路,第一級采用同向并聯(lián)差動(dòng)放大器,第二級加了一級基本差動(dòng)放大器,從而構(gòu)成儀用放大器。改電路的最大優(yōu)點(diǎn)是輸入阻抗高,共模抑制能力強(qiáng),增益調(diào)節(jié)方便,并由于結(jié)構(gòu)對稱,矢調(diào)電壓及溫度漂移小,故在傳感器微弱信號(hào)放大系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

專門設(shè)計(jì)的可編程增益放大器電路即集成PGA。集成PGA電路的種類很多,如美國微芯Microchip公司生產(chǎn)的MCP6S21、MCP6S22、MCP6S26、MCP6S28系列,美國模擬儀器公司Analog Devices生產(chǎn)的AD8321等,都屬于可編程增益放大器。下面是以MCP6S系列PGA為例說明這種電路的原理及應(yīng)用,其他于此類似。

  MCP6S系列時(shí)一種單端、可級聯(lián)、增益可編程放大器,MCP6S21、MCP6S22、MCP6S26、MCP6S28分別是1路、2路、6路、8路可編程增益放大器,其主要特點(diǎn)如下:

  ·8種可編程增益選擇:+1、+2、+4、+5、+8、+10、+16或+32;

  ·SPI串行編程接口;

  ·級聯(lián)輸入和輸出;

  ·低增益誤差,最大正負(fù)百分之一;

  ·低漂移,最大正負(fù)275uv;

  ·低電源電流,典型值為1mA;

  ·單電源供電,2.5V~5.5V。

八、ADC(A/D,D/A)

 通過可編程增益放大器把信號(hào)放大到ADC可接收的范圍,進(jìn)行模擬信道的采樣轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào),輸出到基帶進(jìn)行后續(xù)的處理。

 

 

無線電信號(hào)RF(射頻)進(jìn)入天線,轉(zhuǎn)換為IF (中頻),再轉(zhuǎn)換為基帶(I,Q信號(hào)),但仍然是較低的頻率。

  接收: 射頻 -> 中頻 -> 基帶

  發(fā)射: 基帶 -> 中頻 -> 射頻

  傳統(tǒng)接收在射頻信號(hào)和基帶之間的轉(zhuǎn)換分為多步(一下變,二下變)進(jìn)行,首先:射頻和中頻之間轉(zhuǎn)換,然后中頻和基帶間轉(zhuǎn)換。(中間要轉(zhuǎn)就得有濾波,SAW )

  接收機(jī)的射頻和中頻鏈路都有聲表濾波器。零中頻技術(shù)只是取消中頻濾波器,而且目前只有在某些對抗干擾要求不高的應(yīng)用(手機(jī)也算)才選用零中頻技術(shù),零中頻技術(shù)仍然有許多技術(shù)問題需要解決。有了零中頻技術(shù)的應(yīng)用將使得GSM系統(tǒng)對中頻濾波器的需求才得以減少,體積才得以下來。

  隨著移動(dòng)電話向多頻段、多?;较虬l(fā)展,手機(jī)內(nèi)聲表濾波器的個(gè)數(shù)會(huì)不斷增加。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同,一個(gè)雙頻手機(jī)有多達(dá)七個(gè)聲表濾波器,其中只有兩個(gè)是中頻濾波器。采用"零中頻技術(shù)"可省略無線通信系統(tǒng)中的中頻濾波級,達(dá)到削減整機(jī)成本的目的。雖然零中頻技術(shù)已發(fā)展多年,并且某些類型的尋呼和GSM手機(jī)也已采用,但是目前的零中頻技術(shù)無法滿足電路對高性能的要求。

  零中頻接收技術(shù),即RF信號(hào)不需要變換到中頻,而是一次直接變換到模擬基帶I/Q信號(hào),然后再解調(diào) .

  近年來,軟件無線電作為一個(gè)新興的技術(shù)對傳統(tǒng)的無線電技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行革命性的沖擊。零中頻已經(jīng)變得很有實(shí)用價(jià)值。 開源軟甲無線電 GNU Radio 是免費(fèi)的軟件開發(fā)工具套件。它提供信號(hào)運(yùn)行和處理模塊,用它可以在易制作的低成本的射頻(RF)硬件和通用微處理器上實(shí)現(xiàn)軟件定義無線電。這套套件廣泛用于業(yè)余愛好者,學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和商業(yè)機(jī)構(gòu)用來研究和構(gòu)建無線通信系統(tǒng)。

  GNU Radio 的應(yīng)用主要是用 Python 編程語言來編寫的。但是其核心信號(hào)處理模塊是C++在帶浮點(diǎn)運(yùn)算的微處理器上構(gòu)建的。因此,開發(fā)者能夠簡單快速的構(gòu)建一個(gè)實(shí)時(shí)、高容量的無線通信系統(tǒng)。

  盡管其主要功用不是仿真器,GNU Radio 在沒有射頻 RF 硬件部件的境況下支持對預(yù)先存儲(chǔ)和(信號(hào)發(fā)生器)生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理的算法的研究。