射频集成电路设计基础10new

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1、《射频集成电路设计基础》讲义无线通信系统ß引言ß多径传输与信道模型ß无线通信的发展ß调制方式ß问题和挑战ß与射频工程师的关系ß频率重用和蜂窝结构ß参考文献ß无线信道的一般特性东南大学射频与光电集成电路研究所,Oct-26,2003<<>><>↵1of23引言•什么是无线通信–以电磁波为载体、无需物理媒质的通信方式•个人无线通信迅猛发展的原因–技术因素：通信与网络理论、DSP、VLSI(微电子)和射频技术–政府方面：无线通信频段的划分和管理–市场因素：人们的“迁移率”越来越高，对移动通信的需求也越

2、来越大•对射频技术的要求–高频、宽带、高灵敏度、大动态范围、低功耗的接收机–高效率、高线性度的发射机–小体积、低成本射频集成电路设计基础>无线通信系统>引言<<>><>↵2of23无线通信的发展•移动电话/通信首次出现在1946年，用于救护车、警车、出租车等的调度，大功率、大体积、大范围、低话质•随着固态电路技术的成熟，移动电话趋向于小型化，模拟蜂窝系统形成–寻呼机(Pager)12–1983年AMPS在美国获FCC批准–类似的系统也开始在欧洲和日本提供服务–80年代中期无绳电话(Cordles

3、sPhone)出现•Pager和AMPS的成功刺激了对个人无线通信的需求，80年代中期随着集成电路技术和通信理论的迅速发展，数字蜂窝(DC)系统逐步成为主流，主要代表有GSM、CDMA(IS-95)、PHS、CT-2等1.AmericanMobilePhoneSystemsorAdvancedMobilePhoneService2.FederalCommunicationCommission射频集成电路设计基础>无线通信系统>无线通信的发展<<>><>↵3of231•个人通信系统(PCS)将频段

4、拓展至1800MHz和1900MHz，并与DigitalCellular统称为第二代个人无线通信系统–蜂窝结构：更全面的覆盖范围–手机：小巧、便宜、低功耗、个人化–服务：除语音外更多样的服务种类和较低廉的收费+•“二代半”(2G)系统–GPRS(GeneralPacketRadioService，通用包无线业务)，多时隙工作–EDGE(EnhancedDataforGSMEvolution，GSM演进的增强型数据率)，使用较宽的频带和高效的调制方式•3G•Bluetooth、无线局域网(WLAN

5、)、无线城域网(WMAN)1.这里的个人通信系统是一个狭义的概念，与工作在800-900MHz的数字蜂窝电话系统相区别射频集成电路设计基础>无线通信系统>无线通信的发展<<>><>↵4of23问题和挑战•有限的频带宽度–有限频谱资源的共享、频谱利用率的提高•噪声和干扰的普遍存在–热噪声(ThermalNoise)以及各种环境噪声–同信道干扰(Co-channelInterference)–相邻信道干扰(AdjacentChannelInterference)–来自其它系统的干扰和阻塞(Block

6、ing/Jamming)•无线信道的特性(不理想性)–路径损耗(PathLoss)–遮蔽效应(ShadowingEffect)–多径衰落(Multi-pathFading)–时变性(Time-varying)射频集成电路设计基础>无线通信系统>问题和挑战<<>><>↵5of23•有限的天线尺寸–难以达到最佳的收发效果•有限的电池电量–低功耗设计至关重要•移动带来的管理问题–小区(Cell)之间的切换(Hand-off)–地区之间的漫游(Roaming)•这些问题的解决必须以保证通信质量为基础射频

7、集成电路设计基础>无线通信系统>问题和挑战<<>><>↵6of23频率重用和蜂窝结构•蜂窝(Cellular)的概念始于五、六十年代f1f1f1f1f1f1f1简单的蜂窝系统7小区重用方案射频集成电路设计基础>无线通信系统>频率重用和蜂窝结构<<>><>↵7of23•混合小区重用方案射频集成电路设计基础>无线通信系统>频率重用和蜂窝结构<<>><>↵8of23无线信道的一般特性•电磁波的传播–反射(Reflection)：障碍物远大于信号波长–绕射(Diffraction)：障碍物具有尖锐边角的

8、物体–散射(Scattering)：障碍物为许多细小(与波长相比)的物体，如雨点•路径损耗(PathLoss)–在自由空间，天线所接收到的信号功率为PGGc2PGG11ttrttrP==----------------------------------------------------⋅⋅---------(1)r[]4π()dλ216π2d2f2c其中Pt,Gt,Gr分别为发射功率、发射天线增益和接收天线增益，c,d,λ和fc分别为光速、传输距离、载波波长和频率；用对数形式表示Pr,dBm