天线信号的接收流程

Posted 2020-10-16 白衣尽湿

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一、通过天线接收

二、saw filter声表面滤波器

SAW filter声表面波元件主要作用原理是利用压电材料的压电特性，利用输入与输出换能器（Transducer）将电波的输入信号转换成机械能，经过处理后，再把机械能转换成电的信号，以达到过滤不必要的信号及杂讯，提升收讯品质的目标。 声表滤波器和声表谐振器被广泛应用在各种无线通讯系统、电视机、录放影机及全球卫星定位系统接收器上替代LC谐振电路，用于级间耦合和滤波。主要功用在於把杂讯滤掉，比传统的 LC 滤波器安装更简单、体积更小。其缺点是插入损耗比LC谐振电路大。

三、低噪声放大器

噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数 F来表示。理想放大器的噪声系数 F＝1（0分贝） ，其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管；微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器 ，常温 参放的 噪声 温度 Te 可低于几十度(绝对温度)，致冷参量放大器可达 20K以下，砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于 2 分贝。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。在工作频率和信源内阻均给定的情况下，噪声系数也和晶体管直流工作点有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极一共基极级联的低噪声放大电路。

四、混频器

变频（或混频），是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。具有这种功能的电路称为变频器（或混频器）。

一般用混频器产生中频信号：

混频器将天线上接收到的信号与本振产生的信号混频，当混频的频率等于中频时，这个信号可以通过中频放大器，被放大后，进行峰值检波。检波后的信号被视频放大器进行放大，然后显示出来。由于本振电路的振荡频率随着时间变化，因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。当本振振荡器的频率随着时间进行扫描时，屏幕上就显示出了被测信号在不同频率上的幅度，将不同频率上信号的幅度记录下来，就得到了被测信号的频谱。

五、阻塞抑制滤波器，可变信道选择滤波器

参照滤波器相关文章。

 

六、模拟信道均衡

均衡根据通信系统中的一项重要技术，分为两种方式：频域均衡和时域均衡。频域均衡是利用可调滤波器的频率特性来弥补实际信道的幅频特性和群延时特性，使包括均衡器在内的整个系统的总频率特性满足无码间干扰传输条件。时域均衡是直接从时间响应角度考虑，使包括均衡器在内的整个传输系统的冲激响应满足无码间干扰条件。频域均衡满足奈奎斯特整形定理的要求，仅在判决点满足无码间干扰的条件相对宽松一些。所以，在数字通信中一般采用时域均衡。
时域均衡器可以分两大类：线性均衡器和非线性均衡器。如果接收机中判决的结果经过反馈用于均衡器的参数调整，则为非线性均衡器；反之，则为线性均衡器。在线性均衡器中，最常用的均衡器结构是线性横向均衡器，它由若干个抽头延迟线组成，延时时间间隔等于码元间隔 。非线性均衡器的种类较多，包括判决反馈均衡器(DFE)、最大似然(ML)符号检测器和最大似然序列估计等。均衡器的结构可分为横向和格型等。因为很多数字通信系统的信道(例如无线移动通信信道)特性是未知和时变的，要求接收端的均衡器必须具有自适应的能力。所以，均衡器可以采用自适应信号处理的相关算法，以实现高性能的信道均衡，这类均衡器称为自适应均衡器。
自适应均衡器的工作过程包含两个阶段，一是训练过程，二是跟踪过程。在训练过程中，发送端向接收机发射一组已知的固定长度训练序列，接收机根据训练序列设定滤波器的参数，使检测误码率最小。典型的训练序列是伪随机二进制信号或一个固定的波形信号序列，紧跟在训练序列后面的是用户消息码元序列。接收机的自适应均衡器采用递归算法估计信道特性，调整滤波器参数，补偿信道特性失真，训练序列的选择应满足接收机均衡器在最恶劣的信道条件下也能实现滤波器参数调整，所以，训练序列结束后，均衡器参数基本接近最佳值，以保证用户数据的接收，均衡器的训练过程成功了，称为均衡器的收敛。在接收用户消息数据时，均衡器还不断随信道特性的变化连续地改变均衡器参数。
均衡器的收敛时间受均衡算法、均衡器结构和信道特性的变化情况所决定。通常，均衡器需要通过重复性地周期训练保证能够一直有效地抑制码间干扰。所以，用户数据序列需要被分割成数据分组或时隙分段发送。
均衡器通常工作在接收机的基带或中频信号部分，基带信号的复包络含有信道带宽信号的全部信息，所以，均衡器通常在基带信号完成估计信道冲激响应和解调输出信号中实现自适应算法等

七、可编程增益放大器

随着计算机的应用，为了减少硬件设备，可以使用可编程增益放大器（PGA:Pmgrammable Gain Amplifier)。它是一种通用性很强的放大器，其放大倍数可以根据需要用程序进行控制。采用这种放大器，可通过程序调节放大倍数，使A/D转换器满量程信号达到均一化，因而大大提高测量精度。所谓量程自动转换就是根据需要对所处理的信号利用可编程增益放大器进行倍数的自动调节，以满足后续电路和系统的要求。 可编程增益放大器有两种——组合PGA和集成PGA。

　组合PGA一般由运算放大器、仪器放大器或隔离型放电器再加上一些其他附加电路组成。器工作原理是通过程序调整多路转换开关接通的反馈电阻的数值，从而调整放大器的放大倍数。

　　常用的仪用测量放大器采用两级放大电路，第一级采用同向并联差动放大器，第二级加了一级基本差动放大器，从而构成仪用放大器。改电路的最大优点是输入阻抗高，共模抑制能力强，增益调节方便，并由于结构对称，矢调电压及温度漂移小，故在传感器微弱信号放大系统中得到广泛应用。

专门设计的可编程增益放大器电路即集成PGA。集成PGA电路的种类很多，如美国微芯Microchip公司生产的MCP6S21、MCP6S22、MCP6S26、MCP6S28系列，美国模拟仪器公司Analog Devices生产的AD8321等，都属于可编程增益放大器。下面是以MCP6S系列PGA为例说明这种电路的原理及应用，其他于此类似。

　　MCP6S系列时一种单端、可级联、增益可编程放大器，MCP6S21、MCP6S22、MCP6S26、MCP6S28分别是1路、2路、6路、8路可编程增益放大器，其主要特点如下：

　　·8种可编程增益选择：+1、+2、+4、+5、+8、+10、+16或+32；

　　·SPI串行编程接口；

　　·级联输入和输出；

　　·低增益误差，最大正负百分之一；

　　·低漂移，最大正负275uv；

　　·低电源电流，典型值为1mA;

　　·单电源供电，2.5V~5.5V。

八、ADC（A/D,D/A）

 通过可编程增益放大器把信号放大到ADC可接收的范围，进行模拟信道的采样转变成数字信号，输出到基带进行后续的处理。

 

 

无线电信号RF（射频）进入天线，转换为IF （中频),再转换为基带（I，Q信号），但仍然是较低的频率。

　　接收： 射频 -> 中频 -> 基带

　　发射： 基带 -> 中频 -> 射频

　　传统接收在射频信号和基带之间的转换分为多步（一下变，二下变）进行，首先：射频和中频之间转换，然后中频和基带间转换。（中间要转就得有滤波，SAW ）

　　接收机的射频和中频链路都有声表滤波器。零中频技术只是取消中频滤波器，而且目前只有在某些对抗干扰要求不高的应用（手机也算）才选用零中频技术，零中频技术仍然有许多技术问题需要解决。有了零中频技术的应用将使得GSM系统对中频滤波器的需求才得以减少，体积才得以下来。

　　随着移动电话向多频段、多模化方向发展，手机内声表滤波器的个数会不断增加。根据结构的不同，一个双频手机有多达七个声表滤波器，其中只有两个是中频滤波器。采用"零中频技术"可省略无线通信系统中的中频滤波级，达到削减整机成本的目的。虽然零中频技术已发展多年，并且某些类型的寻呼和GSM手机也已采用，但是目前的零中频技术无法满足电路对高性能的要求。

　　零中频接收技术，即RF信号不需要变换到中频，而是一次直接变换到模拟基带I／Q信号，然后再解调 .

　　近年来，软件无线电作为一个新兴的技术对传统的无线电技术领域进行革命性的冲击。零中频已经变得很有实用价值。 开源软甲无线电 GNU Radio 是免费的软件开发工具套件。它提供信号运行和处理模块，用它可以在易制作的低成本的射频（RF）硬件和通用微处理器上实现软件定义无线电。这套套件广泛用于业余爱好者，学术机构和商业机构用来研究和构建无线通信系统。

　　GNU Radio 的应用主要是用 Python 编程语言来编写的。但是其核心信号处理模块是C++在带浮点运算的微处理器上构建的。因此，开发者能够简单快速的构建一个实时、高容量的无线通信系统。

　　尽管其主要功用不是仿真器，GNU Radio 在没有射频 RF 硬件部件的境况下支持对预先存储和（信号发生器）生成的数据进行信号处理的算法的研究。