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天線信號的接收流程
發表時間: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)將電波的輸入信號轉換成機械能,經過處理后,再把機械能轉換成電的信號,以達到過濾不必要的信號及雜訊,提升收訊品質的目標。 聲表濾波器和聲表諧振器被廣泛應用在各種無線通訊系統、電視機、錄放影機及全球衛星定位系統接收器上替代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,比傳統的 LC 濾波器安裝更簡單、體積更小。其缺點是插入損耗比LC諧振電路大。

三、低噪聲放大器

噪聲系數很低的放大器。一般用作各類無線電接收機的高頻或中頻前置放大器,以及高靈敏度電子探測設備的放大電路。在放大微弱信號的場合,放大器自身的噪聲對信號的干擾可能很嚴重,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 F來表示。理想放大器的噪聲系數 F=1(0分貝) ,其物理意義是輸出信噪比等于輸入信噪比。現代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場效應晶體管;微波低噪聲放大器則采用變容二極管參量放大器 ,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 20K以下,砷化鎵場效應晶體管低噪聲微波放大器的應用已日益廣泛,其噪聲系數可低于 2 分貝。放大器的噪聲系數還與晶體管的工作狀態以及信源內阻有關。在工作頻率和信源內阻均給定的情況下,噪聲系數也和晶體管直流工作點有關。為了兼顧低噪聲和高增益的要求,常采用共發射極一共基極級聯的低噪聲放大電路。

四、混頻器

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

一般用混頻器產生中頻信號:

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

五、阻塞抑制濾波器,可變信道選擇濾波器

參照濾波器相關文章。

 

六、模擬信道均衡

均衡根據通信系統中的一項重要技術,分為兩種方式:頻域均衡和時域均衡。頻域均衡是利用可調濾波器的頻率特性來彌補實際信道的幅頻特性和群延時特性,使包括均衡器在內的整個系統的總頻率特性滿足無碼間干擾傳輸條件。時域均衡是直接從時間響應角度考慮,使包括均衡器在內的整個傳輸系統的沖激響應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,僅在判決點滿足無碼間干擾的條件相對寬松一些。所以,在數字通信中一般采用時域均衡。
時域均衡器可以分兩大類:線性均衡器和非線性均衡器。如果接收機中判決的結果經過反饋用于均衡器的參數調整,則為非線性均衡器;反之,則為線性均衡器。在線性均衡器中,最常用的均衡器結構是線性橫向均衡器,它由若干個抽頭延遲線組成,延時時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)符號檢測器和最大似然序列估計等。均衡器的結構可分為橫向和格型等。因為很多數字通信系統的信道(例如無線移動通信信道)特性是未知和時變的,要求接收端的均衡器必須具有自適應的能力。所以,均衡器可以采用自適應信號處理的相關算法,以實現高性能的信道均衡,這類均衡器稱為自適應均衡器。
自適應均衡器的工作過程包含兩個階段,一是訓練過程,二是跟蹤過程。在訓練過程中,發送端向接收機發射一組已知的固定長度訓練序列,接收機根據訓練序列設定濾波器的參數,使檢測誤碼率最小。典型的訓練序列是偽隨機二進制信號或一個固定的波形信號序列,緊跟在訓練序列后面的是用戶消息碼元序列。接收機的自適應均衡器采用遞歸算法估計信道特性,調整濾波器參數,補償信道特性失真,訓練序列的選擇應滿足接收機均衡器在最惡劣的信道條件下也能實現濾波器參數調整,所以,訓練序列結束后,均衡器參數基本接近最佳值,以保證用戶數據的接收,均衡器的訓練過程成功了,稱為均衡器的收斂。在接收用戶消息數據時,均衡器還不斷隨信道特性的變化連續地改變均衡器參數。
均衡器的收斂時間受均衡算法、均衡器結構和信道特性的變化情況所決定。通常,均衡器需要通過重復性地周期訓練保證能夠一直有效地抑制碼間干擾。所以,用戶數據序列需要被分割成數據分組或時隙分段發送。
均衡器通常工作在接收機的基帶或中頻信號部分,基帶信號的復包絡含有信道帶寬信號的全部信息,所以,均衡器通常在基帶信號完成估計信道沖激響應和解調輸出信號中實現自適應算法等

七、可編程增益放大器

隨著計算機的應用,為了減少硬件設備,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的放大器,其放大倍數可以根據需要用程序進行控制。采用這種放大器,可通過程序調節放大倍數,使A/D轉換器滿量程信號達到均一化,因而大大提高測量精度。所謂量程自動轉換就是根據需要對所處理的信號利用可編程增益放大器進行倍數的自動調節,以滿足后續電路和系統的要求。 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整多路轉換開關接通的反饋電阻的數值,從而調整放大器的放大倍數。

  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差動放大器,第二級加了一級基本差動放大器,從而構成儀用放大器。改電路的最大優點是輸入阻抗高,共模抑制能力強,增益調節方便,并由于結構對稱,矢調電壓及溫度漂移小,故在傳感器微弱信號放大系統中得到廣泛應用。

專門設計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公司生產的MCP6S21、MCP6S22、MCP6S26、MCP6S28系列,美國模擬儀器公司Analog Devices生產的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用,其他于此類似。

  MCP6S系列時一種單端、可級聯、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;

  ·級聯輸入和輸出;

  ·低增益誤差,最大正負百分之一;

  ·低漂移,最大正負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放大到ADC可接收的范圍,進行模擬信道的采樣轉變成數字信號,輸出到基帶進行后續的處理。

 

 

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

  接收: 射頻 -> 中頻 -> 基帶

  發射: 基帶 -> 中頻 -> 射頻

  傳統接收在射頻信號和基帶之間的轉換分為多步(一下變,二下變)進行,首先:射頻和中頻之間轉換,然后中頻和基帶間轉換。(中間要轉就得有濾波,SAW )

  接收機的射頻和中頻鏈路都有聲表濾波器。零中頻技術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用(手機也算)才選用零中頻技術,零中頻技術仍然有許多技術問題需要解決。有了零中頻技術的應用將使得GSM系統對中頻濾波器的需求才得以減少,體積才得以下來。

  隨著移動電話向多頻段、多模化方向發展,手機內聲表濾波器的個數會不斷增加。根據結構的不同,一個雙頻手機有多達七個聲表濾波器,其中只有兩個是中頻濾波器。采用"零中頻技術"可省略無線通信系統中的中頻濾波級,達到削減整機成本的目的。雖然零中頻技術已發展多年,并且某些類型的尋呼和GSM手機也已采用,但是目前的零中頻技術無法滿足電路對高性能的要求。

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

  近年來,軟件無線電作為一個新興的技術對傳統的無線電技術領域進行革命性的沖擊。零中頻已經變得很有實用價值。 開源軟甲無線電 GNU Radio 是免費的軟件開發工具套件。它提供信號運行和處理模塊,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現軟件定義無線電。這套套件廣泛用于業余愛好者,學術機構和商業機構用來研究和構建無線通信系統。

  GNU Radio 的應用主要是用 Python 編程語言來編寫的。但是其核心信號處理模塊是C++在帶浮點運算的微處理器上構建的。因此,開發者能夠簡單快速的構建一個實時、高容量的無線通信系統。

  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先存儲和(信號發生器)生成的數據進行信號處理的算法的研究。


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