ＧＳＭＲ射频通信接收机的设计

摘要：本文分析了一种应用于GSMR信号的接收机方案和部分实现。采用二次变频宽中频接收机的技术，结构明了，实用性强。文中叙述了接收机总体方案的考虑和设计。并结合实际硬件电路对该方案进行了分析和讨论。

关键词：二次变频宽中频 接收机 射频通信

中图法分类号：TM92

1 引言

铁路GSMR信号在实际应用中由于环境等因素的影响会受到各种不同的干扰，干扰信号过大则会影响到有用信号的有效接收。因此有必要对干扰源进行定位，从而消除干扰。首先需要接收机将GSMR信号和噪声接收下来，为实现噪声源的分析和定位提供硬件支持。而由于传输路径上的损耗和多径效应，接收机接收的信号是微弱且又变化的，并且干扰信号强度往往远大于有用信号，因此接收机的主要指标是灵敏度和选择性。本文介绍了一种GSMR频段的信号接收机方案，对其进行了分析并初步实现。

2 总体系统设计考虑

众所周知，传统的“超外差”式无线接收机工作流程如下：微弱的高频无线电信号必须通过一级或几级的混频电路，才能去掉其它信道的干扰并获得足够的增益，最终完成解调，取出所需的信息。

为了克服“超外差”式无线接收机存在的镜像干扰和需要高Q值滤波器等缺陷，人们提出了零中频接收机的概念。这种被称为直接变频(Direct-Conversion)或零中频(Zero-IF)的结构存在以下优点：(1)中频频率为零，不存在镜像干扰问题；(2)信道选择在低频进行，可以很方便地利用集成电路对信号进行数字化处理。

但是零中频接收机也存在着直流偏移和低频噪声等不易消除的障碍，于是又有人提出了二次变频宽中频(Dual-Conversion with Wideband IF)接收机。这种接收机在第一次变频时将高频信号变到一个较高的中频上，第二次变频输出则是零中频。本文介绍的就是这种二次变频宽中频接收机的结构。系统基本框图如图1所示。

3 关键问题

3.1 接收机从众多电波中选出有用信号并抑制干扰

问题的难度在于，要在位于极高频率（GSMR的频率在900MHz上下）处从相隔只有200kHz的信道中选出有用信道。相对带宽小，要求滤波器Q值极高。

3.2 接收机的灵敏度与线性动态范围

灵敏度的定义是接收机接收微弱信号的能力，它取决于接收机前端的噪声系数。由于所接收的信号强弱的变化和可能伴随强干扰信号，导致输出信噪比恶化，因此要求有较大的线性动态范围。

4 单元电路的选择和设计

4.1滤波器

射频滤波器作用是选择频带，抑制镜频，选用了声表滤波器件（SAW）。插入损耗3db，3db带宽4MHz，带外抑制大于20db。选用的中频滤波器为双列直插式（DIP），带宽200kHz，插入损耗13db，带内波动小于1db。

4.2 低噪声放大器

系统的灵敏度由接收机前端的噪声系数决定，故选噪声系数尽量小的放大器，LNA1的噪声系数为1.2db。

4.3 压控衰减器

压控衰减器作用是扩大动态范围，防止因信号过大而损坏电路器件。满足元件输入要求，选用线性度高，电压可调的衰减器，衰减幅度35db。

4.4 混频器

初级混频输出70MHz，次级混频输出为零中频基带信号，选用线性度好，高IP3的混频器。

4.5 中频放大器

选用压控可调增益，两级级联放大，动态范围最大70db的中频放大器.

4.6 本振

初级选用集成VCO的频率合成器，频率范围4MHz，次级选用有源晶振，输出固定频率，温漂小。

5 综合性能和指标

5.1增益

计算增益，由前向后，结果如表1所示。

5.2 灵敏度和动态范围

动态范围下限是灵敏度，它受到基低噪声的限制。上限由最大可接受的信号失真决定。

总的噪声系数从后往前推算，计算出的系统噪声系数如表1所示。

灵敏度P可表示如下：

P=-174dBm/Hz+NF(Db) +10logB+SNR=-174+ 4.5+10log2*105+SNR=-116.5dBm+SNR

信噪比SNR值为15时，P=-101.5dbm。

动态范围上限由各元件的IP3点决定。由于有可调衰减器，信号上限可以增大到-30dbm，所以动态范围从-101.5dBm到-30dbm.

6 仿真及实物图

我们采用Agilent公司的ADS软件对接收机方案进行仿真，以考察它的各项指标。结果如下：图2 是接收机仿真框图。图3是输入信号的功率谱和波形。

图4是输出信号的功率谱和波形。可以看出输入信号已变为零中频信号输出，带外信号有较大衰减。图5为实物图。

7 结论

本文介绍了的GSMR信号的接收机方案，采用二次变频宽中频方式，体积小，性能可靠，成本较低，且便于调试，专用于‘GSMR干扰源的定位’系统，在GSMR通信领域具有广泛的应用前景。

参考文献

1，陈邦媛，射频通信电路，科学出版社，2002

2，Cotter W.Sayre，张之超，黄世亮，无线通信设备与系统设计大全，人民邮电出版社，2004

3，Reinhold Ludwig,Pavel Bretchko，射频电路设计-理论与应用，电子工业出版社，2004

4，邵震洪，陈勇，赵杭生，HFA3783芯片在类零中频接收机中的应用，总参第63研究所，2004

作者简介

张星，硕士研究生。

“注:本文所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”

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