射頻是物聯(lián)網(wǎng)的寵兒,大佬帶你看射頻通信
射頻表示可以輻射到空間的電磁頻率,這是射頻的基本作用。在超市,我們經(jīng)常能看見射頻的具體應(yīng)用。為增進(jìn)大家對(duì)射頻的認(rèn)識(shí),本文將對(duì)射頻通信予以介紹。如果你對(duì)射頻具有興趣,不妨和小編一起來繼續(xù)認(rèn)真往下閱讀哦。
在整個(gè)射頻通信中,主要包含以下幾種頻率:傳輸頻率、接收頻率、中頻和基帶頻率?;鶐ьl率是用來調(diào)制數(shù)據(jù)的信號(hào)頻率。而真正的傳輸頻率則比基帶頻率高很多,一般的頻譜范圍是500MHz到38GHz,數(shù)據(jù)信號(hào)也是在此高頻下進(jìn)行傳輸?shù)摹R话銇碚f,射頻系統(tǒng)具有非常強(qiáng)大的傳輸調(diào)制信號(hào)的功能,即使在有干擾信號(hào)和阻斷信號(hào)的情況下,該系統(tǒng)也可以做到以最高的質(zhì)量發(fā)送并且以最好的靈敏度接收調(diào)制信號(hào)。阻斷信號(hào)主要有兩種:帶內(nèi)阻斷信號(hào)和帶外阻斷信號(hào)。帶外阻斷信號(hào)是指分布在信號(hào)頻譜之外的無關(guān)信號(hào),例如由其它無線傳輸技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)。帶內(nèi)阻斷信號(hào)則分布在我們感興趣的信號(hào)頻譜之內(nèi),例如由相同的無線傳輸技術(shù)在其它終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)。對(duì)于無線通信而言,要成功地實(shí)現(xiàn)射頻接收功能,必須要過濾掉這兩種阻斷信號(hào)。中頻多被用來作為傳輸/接受頻率和基帶頻率的過渡,而這種傳輸方式正是超外差結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。一般而言,帶外阻斷信號(hào)可以被天線自帶的濾波器過濾掉。而中頻的存在使我們有機(jī)會(huì)在信號(hào)被混合到基帶頻率并做數(shù)字處理之前將帶內(nèi)阻斷信號(hào)濾除。另一方面,在發(fā)送端,中頻常被用來濾除所有從基帶轉(zhuǎn)換到中頻這個(gè)過程中可能產(chǎn)生的偽數(shù)據(jù)和噪聲。
采用超外差結(jié)構(gòu)的另外一種實(shí)現(xiàn)方法是利用中頻采樣來減少信號(hào)鏈上的器件個(gè)數(shù)。這種方法選擇在中頻對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣,而不是在采樣前先將信號(hào)混合到基帶。在第一種超外差結(jié)構(gòu)中,從中頻到基帶的轉(zhuǎn)換過程需要以下器件:本機(jī)鎖相環(huán)、智能解調(diào)器(混頻器)和雙向ADC(模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器)。如果選擇在中頻進(jìn)行采樣,那這三個(gè)器件可以用一個(gè)高性能的ADC來代替。這不僅可以降低信號(hào)鏈的復(fù)雜程度,還可以提高信號(hào)解調(diào)的質(zhì)量。
但是,如果在下行基帶轉(zhuǎn)換器里應(yīng)用高質(zhì)量智能解調(diào)器,也能得到非常好的通信效果。如果能使本機(jī)鎖相環(huán)和射頻器件的漏電足夠小,基帶的直流失調(diào)便可最小化。除此之外,解調(diào)器的相位分離功能可以做到非常準(zhǔn)確的90度的相位分離,這將確保信號(hào)解調(diào)時(shí),誤差向量的值不會(huì)變壞或者只是變壞一點(diǎn)。最后,如果我們?cè)谑褂弥悄芙庹{(diào)器的同時(shí),使用一個(gè)具有低相位噪聲的鎖相環(huán),將會(huì)確?;鶐л敵鲂盘?hào)的低噪聲,并且因此獲得一個(gè)好的位錯(cuò)誤率(BER)。
因?yàn)锳DC要在越來越高的頻率下工作,所以中頻采樣結(jié)構(gòu)的功耗變得比第一種超外差結(jié)構(gòu)越來越高,并因此而越來越昂貴,這是中頻采樣結(jié)構(gòu)的最主要的缺點(diǎn)。由于這個(gè)原因,基于中頻采樣的射頻結(jié)構(gòu)往往更適合那些在相對(duì)低頻或者中頻的應(yīng)用,畢竟這些頻段對(duì)成本的影響不大。不過隨著科技的發(fā)展,尤其是CMOS工藝的引進(jìn),使得集成高性能的器件和電路的價(jià)格越來越低,在不遠(yuǎn)的將來,中頻采樣結(jié)構(gòu)將不再是一種昂貴的選擇。
在射頻通信中應(yīng)用的第三種結(jié)構(gòu)由于直接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)直接將基帶信號(hào)和射頻信號(hào)在同一進(jìn)程中混合在一起,這使得該結(jié)構(gòu)的信號(hào)鏈路最為簡(jiǎn)單,它所需要的元器件最少。與其它兩種結(jié)構(gòu)不同的是,它將不需要中頻處理和聲表面波(SAW)濾波器。
直接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是:價(jià)格便宜、小型化、低功耗,并且沒有中頻轉(zhuǎn)換相關(guān)器件。這些優(yōu)點(diǎn)使得這種結(jié)構(gòu)非常適合在低功耗、便攜式終端的應(yīng)用。盡管如此,一些高性能器件的使用為直接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)應(yīng)用在高端市場(chǎng)打開了方便之門。事實(shí)上,正是這些高性能器件的使用,使得直接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)受到越來越多的關(guān)注。
由于在直接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中沒有中頻處理單元,帶內(nèi)阻斷信號(hào)的功率將直接傳遞到混頻器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(如果信號(hào)鏈路上含有模數(shù)轉(zhuǎn)換器)。低噪聲的混頻器將確保弱信號(hào)不會(huì)被噪聲和阻斷信號(hào)所淹沒。另外,由于混頻器具有高的輸出擺幅和低的失真,阻斷信號(hào)既不會(huì)過驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)也不會(huì)調(diào)制到我們需要的載波信號(hào)上。
對(duì)于基帶超外差接收器,如果在本機(jī)鎖相環(huán)和射頻輸入之間存在泄漏通路,就一定會(huì)產(chǎn)生直流失調(diào)。對(duì)于和全球移動(dòng)通信系統(tǒng)類似的支持跳頻的一些射頻應(yīng)用來說,頻率的跳變將導(dǎo)致本機(jī)鎖相環(huán)路漏電的改變,并最終導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的直流失調(diào)的跳變。如果要糾正它,必須在系統(tǒng)中引入一個(gè)直流失調(diào)的補(bǔ)償環(huán)路。盡管如此,在那些不需要跳頻的應(yīng)用中,本機(jī)鎖相環(huán)的漏電是不變的,因此動(dòng)態(tài)直流失調(diào)的補(bǔ)償意義不大。
在傳輸端,由于不能有效降低帶內(nèi)噪聲和失真,采用直接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的射頻發(fā)射機(jī)必須是由那些動(dòng)態(tài)范圍大的元器件構(gòu)成。
在基站的相關(guān)應(yīng)用中,由于面積和頻道密度要被重點(diǎn)考慮,直接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)尤其被看好。因?yàn)閺幕镜慕嵌瓤?,帶?nèi)阻斷信號(hào)是不存在的(也就是說基站自己將處理帶內(nèi)阻斷信號(hào)),所以,即使直接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)缺乏濾除帶內(nèi)阻斷信號(hào)的功能也是可以接受的。
當(dāng)然,選擇何種射頻電路結(jié)構(gòu)應(yīng)該由市場(chǎng)應(yīng)用來決定。這些指導(dǎo)設(shè)計(jì)的因素包括:從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間、成本、外形、功能指標(biāo)、靈活性、能否支持多種不同的應(yīng)用模式等等。如何針對(duì)一個(gè)確定的應(yīng)用去選擇合適的射頻結(jié)構(gòu)不在本文的介紹范圍之內(nèi)。但是可以明確的是,如今一些射頻器件制造商已經(jīng)可以提供各種針對(duì)性的服務(wù)以幫助我們?cè)O(shè)計(jì)合適的射頻系統(tǒng),在整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中,他們甚至可以提供幾位富有經(jīng)驗(yàn)的工程師為我們答疑解惑。
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