射频子系统基本原理介绍

e内容概述一.基本概念二.手机射频单元基本构成三.手机与基站接续流程简介一.基本概念1.dB、dBm2.GSM频谱规划3.物理信道4.变频5.噪声与杂散6.信噪比7.参考灵敏度、耦合灵敏度1.dB、dBmdB一个信号的参量与另一个信号的参量的比值的对数表示，是一个相对值如果x1=10W，x2=5W，则x1比x2大3dBdBm表示dB毫瓦，是绝对功率单位)lg(10)(21xxdBx)1lg(10)(mWpdBmx2.GSM频谱规划GSM工作在900MHz频段、1800MHz、1900MHz频段，具体频谱划分如下表GSMDCSPCS下行880~915MHz1710~1785MHz1850~1910MHz上行925~960MHz1805~1880MHz1930~1990MHz绝对频道号0~124/975~1023512~885512～810MHz收发间隔45MHz95MHz80MHz3.物理信道物理信道＝时隙＋频道401234567123456FrequencyAmplitudeARFCNTimeslotPhysicalChannelisanARFCNandTimeslotTDMAandFDMA控制信道和业务信道控制信道用于传输基站与手机通信所需的控制信息。一个典型的控制信道是广播信道，广播信道向小区的所有用户发送，用于手机搜索网络、与网络同步等。象灯塔一样具有指示作用。业务信道在通话时使用，用于在移动台和基站间交换语音信息。4.变频变频分为上变频和下变频，上变频是将较低频率的信号变换为较高频率的射频信号，下变频则相反，上变频用于发射，下变频用于接收，变频的基本原理表示如下1cosf0cosf0101coscos)2/1(ffff变频分类射频与基带信号间可以通过多次频率变换实现相互转换，发射机通常采用二次变频的方式实现，接收机则有三种方式实现射频变换到基带二次变频零中频变频低中频变频二次变频优点：技术成熟，现代无线接收机的经典结构缺点：结构复杂，不便于集成，成本高带通滤波低噪声放大第一次变频中频滤波可变增益放大第二次变频IQRF输入零中频变频优点：结构简单，便于集成，成本低缺点：存在直流漂移干扰问题带通滤波低噪声放大变频低通滤波可变增益放大QRF输入I数字低中频变频优点：抗邻信道干扰能力强，消除了直流漂移干扰问题，结构简单，便于集成缺点：对变频器要求较高带通滤波低噪声放大变频低通滤波模数转换IQRF输入可变增益放大数字变频数字滤波数模转换5.噪声与杂散噪声和杂散是电子系统存在的干扰的两种表现形式噪声频谱是连续的，是无法完全消除的杂散频谱是非连续的，是可以消除的f(MHz)P(dBm)杂散噪声发射电路上重点抑制杂散接收电路上重点抑制噪声6.信噪比信噪比（S/N）顾名思义是指有用信号和噪声的比值，一定的信噪比是手机能正确解调出来自基站信息的必要条件。接收机中射频设计的目标之一就是尽可能地抑制噪声同时提高有用信号功率，从而保证输入基带的信号有最大的信噪比7.参考灵敏度与整机灵敏度参考灵敏度是描述手机在没有外来干扰的情况下接收信号能力的指标，通常通过电缆连接来测试，主要受以下几方面因素的影响：1.基带编码的抗干扰能力2.射频对噪声的抑制能力3.射频对有用信号的衰减量4.信道带宽整机灵敏度是描述手机整机接收信号能力的指标，主要受以下因素的影响：1.天线的性能2.手机主板的参考灵敏度3.手机的结构设计4.屏、FPC、电池等其他附件二.手机射频单元基本构成手机射频单元包括以下部分：1.收发信单元2.功率放大单元3.开关单元4.天线单元手机射频单元基本构成图收发信单元13MH晶振射频功率放大器射频开关射频滤波QI13MHztoBBGSMDCS/PCSGSMDCS/PCSGSMDCS/PCSGSMDCS/PCS本振发生时钟驱动FEMHWXP541TransceiverSi4205ABBRF3146AFC1.收发信单元收发信单元是手机射频的核心处理单元，包括收信单元和发信单元。发信单元完成对基带信号的上变频、滤波、放大。收信单元完成对接收信号的放大、滤波和下变频最终输出基带信号。Si4205Si4205，是一颗专门用于GSM射频处理的transceiver芯片，支持三频段工作，包括GSM、DCS、PCS。收信单元采用数字低中频方案，发信单元采用两次变频方案。集成了本振发生单元、时钟单元、收发信单元。低噪声放大下变频低通滤波可变增益放大模数转换数字变频数字滤波数字增益调整数模转换第一次变频频段选择第二次变频放大放大低通滤波射频本振锁相环中频本振锁相环时钟驱动放大去发射变频器来自射频本振锁相环时钟与锁相电路时钟频率选择13MHz或26MHz输入13MHztoBBIQIQGSM射频信号DCS射频信号差分射频输入SI4205内部结构框图Si4205原理示意图2.功率放大器RF3146功率放大器用于将transceiver输出的射频信号放大3.前端模块（FEM）HWXP541前端模块HWXP541集成了开关和射频滤波器，完成天线接收和发射的切换、频段选择、接收和发射射频信号的滤波4.天线单元手机天线分为外置天线和内置天线内置天线有多种形态，主要包括以下几种monopole天线PIFA天线软电路板天线PCB天线当前主流天线为PIFA天线和monopole天线三.手机与基站的接续流程主要介绍三种情况下的接续流程：开机手机主叫手机被叫1.手机开机搜索广播信道进行频率校对和同步时序读取基站识别码位置更新鉴权2.手机发起主叫手机向基站发送接入请求基站响应请求移动台与基站交换控制信息分配业务信道发送和接收语音数据3.手机被叫手机收到来自基站的寻呼信号手机发送接入请求基站发送允许接入应答手机与基站交换控制信息分配业务信道手机发送和接收语音数据总结本次课程进行了以下几方面的内容：1.手机射频领域常碰到的一些基本概念2.我们目前手机的射频电路基本结构3.手机在开机、主叫和被叫情况下与基站接续的一些流程思考题1.假设手机的发射功率为100mW，请将其换算为dBm2.手机整机灵敏度通常受哪些因素影响3.手机射频单元由哪几部分构成4.手机内置天线主要有哪几种类型5.简述手机开机流程