无线通信收发机：技术概览与优劣全解析

发布时间：2023-08-30 11:17:40

来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)

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在现代社会，无线通信如同空气一般无处不在，渗透在我们生活的每个角落。无论是手机通话、网络冲浪，还是智能家居、无人驾驶，无线通信都发挥着至关重要的作用。而无线通信的核心，便是那默默工作的无线通信收发机。它们如同信息的桥梁，将各种数据、声音、图像等信息准确无误地传递到目的地。

无线通信收发机的结构多种多样，每种结构都有其独特的特点和适用场景。超外差结构是经典的收发机结构，它利用本振信号与射频信号混频，产生固定中频信号，再对中频信号进行处理。这种结构性能稳定，但电路相对复杂，成本较高。零中频结构则直接将射频信号下变频到基带，简化了电路，降低了成本。但由于直流偏置和本振泄露等问题，其性能容易受到干扰。低中频结构则介于超外差和零中频之间，既简化了电路又减少了干扰，但设计难度相对较高。

直接射频采样结构则采用了高速AD/DA转换器，直接将射频信号数字化处理，这种结构具有高度的灵活性和可重构性，但受限于当前的半导体技术，其成本仍然较高。选择无线通信收发机时，我们需要根据具体的应用场景和需求进行权衡。如果追求稳定性和性能，超外差结构是不错的选择；如果希望降低成本，零中频结构或低中频结构可能更合适；而直接射频采样结构则适用于需要高度灵活性和可重构性的场合

超外差接收器主要由RF（射频）、IF（中频）和BB（基带）三个核心部分组成，它们共同协作，实现信号的接收与处理。RF部分负责接收来自空中的射频信号，频率预选双工器起到选择所需频率信号的作用，而低噪声放大器则负责放大这些信号，同时尽量减少噪声的引入。RF带通滤波器进一步滤除不必要的频率成分，确保信号的纯净。RF放大器作为混频器的前置放大器，增强信号强度以供后续处理。最后，RF-IF下变频器（混频器）将射频信号转换为中频信号，这是接收过程中的一个重要步骤。

中频部分对下变频后的信号进行进一步处理。中频放大器增强了信号的幅度，而中频带通滤波器则负责选择特定的通道，并抑制不需要的混频信号，从而确保信号的清晰和准确。在基带部分，I/Q解调器作为第二个频率转换器，将中频信号进一步下变频至基带信号。这个过程涉及两个混频器，它们将中频信号转换为I和Q两个信号，这两个信号之间存在90度的相位差。低通滤波器分别跟随I和Q通道中的混频器，滤除不需要的混频信号和干扰，进一步提纯信号。经过滤波的I和Q路基带信号再由基带放大器放大，最后由ADC（模数转换器）转换为数字信号，以便在数字基带电路中进行进一步的处理和分析。

与超外差接收器相似，超外差发射器也包含RF、IF和BB三个部分，但工作流程是相反的，即将数字基带信号转换为射频信号并发射出去。超外差结构之所以被广泛应用，是因为它具有较高的灵敏度，能够有效地接收微弱信号。同时，通过变频处理，避免了接收机因为变频产生的直流问题。然而，超外差接收器也存在一些挑战，如需要处理镜像干扰问题，整个系统的设计也相对复杂。

低中频结构与零中频结构在基本原理上相似，但二者在关键细节上存在差异。在低中频结构中，发射端和接收端的混频器之间存在一个差频，这使得接收机的解调处理信号中包含一个低中频成分。这种结构在窄带通信系统中尤为常见，如蓝牙等短距离无线通信技术。低中频结构的优点在于其结构相对简单，且无需进行直流消除。然而，与零中频结构一样，它也需要进行IQ失配补偿处理以及镜像抑制处理，以确保信号的准确性和稳定性。

在无线通信收发机的设计中，选择哪种结构取决于具体的应用需求和系统特性。对于窄带系统，如蓝牙，低中频结构是一个合适的选择。而对于宽带OFDM系统，如WiFi，零中频结构可能更为合适。这是因为不同的结构在处理宽带信号和窄带信号时具有不同的优势和局限性。

直接射频采样接收器架构是另一种值得关注的结构。这种架构仅由低噪声放大器、适当的滤波器和ADC组成，无需使用混频器和本地振荡器。ADC直接对RF信号进行数字化，并将其发送到处理器进行处理。这种架构简化了接收器的设计，并允许通过数字信号处理实现许多模拟组件的功能。然而，这种架构的难点在于ADC的设计，需要确保其能够准确、高效地数字化RF信号。

无线通信收发机的结构与性能在不断发展，为人们提供了更多选择和可能性。从传统的AM/FM收发机到现代的LTE/5G收发机，每一种结构都有其独特的优势和适用场景。在选择合适的通信收发机结构时，我们需要综合考虑各种因素，包括系统带宽、信号类型、性能要求以及成本等。

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