无线通信中的射频收发系统设计

本书可供通信工程相关专业师生及射频系统设计工程师、射频集成电路工程师和无线系统工程师参考阅读。本书全面论述了射频系统设计的方法，并给出了整套的设计公式。该书主要针对移动终端发射机和接收机的射频系统设计，同时也适用于其他无线系统的应用，如无线局域网。本书涵盖了无线移动系统设计的详尽信息，指引了如何正确处理设计过程中的具体指标。此外，本书还涵盖以下内容：

（1）通信、信号和系统理论的基本知识；

（2）超外差、直接变频、低中频和带通采样四种无线电架构；

（3）频率规划、系统链接规划和发射机及接收机的性能评估；

（4）互调、干扰屏蔽和频谱再生及调制在内的非线性分析；

（5）基于自动增益控制、模/数转换动态范围和电源管理的移动系统中射频专用集成电路设计方法；

（6）从理论上和实践两个方面深度分析移动终端射频系统设计。

本书涉及了很宽泛的主题，涵盖了从基本的通信原理到特殊的多模移动系统。对于无线工程师，这将是一本很有价值的参考书。

 

本书主要介绍了无线移动终端收发机的设计和分析，详细给出了射频接收机和发射机设计方法。此外，本书还系统介绍了超外差、零中频、低中频和带通采样无线电架构； 详尽给出了频率规划、系统链接规划和发射机及接收机的性能评估； 提出了包括互调、干扰屏蔽和频谱再生及调制在内的非线性分析； 给出了基于自动增益控制、模/数转换动态范围和电源管理的移动系统中射频专用集成电路设计方法； 给出了接收机性能评估的MATLAB文件和发射机放大器非线性特性计算代码； 深度分析移动终端射频系统设计并给出了设计实例。
本书适合作为通信工程、电子信息工程和微电子等专业本科生及研究生的教材，也适合作为从事射频系统、射频集成电路和无线系统设计工程技术人员的参考用书。

Qizheng Gu（作者） 顾其诤,男，曾获复旦大学学士学位，后在日本获博士学位。1983－1993年在美国麻省理工学院任研究科学家，1993－1998年在美国太平洋通信公司和美国罗克韦尔实验室等机构工作，1998－2013年在美国 WiSpry公司担任射频系统设计部主管。

杨国敏（译者）  男，1979年5月出生于浙江余杭，2002年7月获西安理工大学电子工程系学士学位，2006年3月获上海交通大学电子工程系硕士学位，2010年5月获美国东北大学电子工程系博士学位。现为复旦大学信息科学与工程学院副教授，主要从事电磁场与微波技术领域研究工作。目前，主持项目包括：国家自然科学基金面上项目和青年科学基金项目各一项、上海市自然科学基金面上项目一项、教育部博士点基金一项、上海市白玉兰科技人才基金一项，等等。公开发表SCI论文33篇（其中第一作者IEEE Transactions 论文8篇），SCI检索他引超200次。学术兼任IEEE T-MTT、IEEE TAP、IEEE MWCL、IEEE
AWPL等期刊审稿人，IEEE APS 2013分会场主席等。曾获奖项包括：2012年复旦大学信息科学与工程学院院长奖、2012年入选复旦大学第二批“卓学计划”、2013年获上海市自然科学三等奖、2014年获日本大川情报通信基金研究助成奖。

译者序Ⅰ
前言Ⅲ

第1章简介

1.1无线系统

1.1.1移动通信系统

1.1.2无线局域网

1.1.3蓝牙技术

1.1.4全球定位系统

1.1.5超宽带通信

1.2系统设计的融合

1.3本书结构

参考文献

辅助参考文献

第2章系统设计基础

2.1线性系统与变换

2.1.1线性系统

2.1.2傅里叶级数与变换

2.1.3LTI系统的频率响应

2.1.4带通到低通的等效映射和希尔伯特变换

2.2非线性系统表征与分析方法

2.2.1无记忆非线性系统的表征

2.2.2多输入对于非线性系统的影响

2.2.3无记忆带通非线性系统与低通等效

2.3噪声与随机过程

2.3.1噪声功率与谱表征

2.3.2通过线性系统的噪声与随机过程

2.3.3窄带噪声表征

2.3.4噪声系数与噪声温度

2.4数字基带系统单元

2.4.1采样原理与采样过程

2.4.2采样抖动效应与量化噪声

2.4.3常用调制方法

2.4.4脉冲整形技术和码间干扰

2.4.5误码概率检测、信噪比与载噪比

2.4.6RAKE接收机

参考文献

辅助参考文献

第3章无线电架构与设计

3.1超外差结构

3.1.1超外差无线电结构

3.1.2频率规划

3.1.3超外差收发机的设计考虑

3.2直接变频结构

3.2.1直接变频无线电结构

3.2.2技术挑战

3.2.3直接变频收发机设计

3.3低中频结构

3.3.1低中频无线电结构

3.3.2获得高镜频抑制的方法

3.3.3一些设计考量

3.4带通采样无线电结构

3.4.1带通采样基础

3.4.2带通采样无线电结构的配置

3.4.3设计考虑

附录3A互调失真公式

附录3B二阶失真成分的有效干扰估计

附录3CI/Q失衡和镜频抑制公式

附录3D模数转换器等效噪声系数的估算

参考文献

辅助参考文献

第4章接收机系统分析与设计

4.1引言

4.2接收机灵敏度和噪声系数

4.2.1灵敏度计算

4.2.2级联噪声系数

4.2.3因发射机噪声在接收机频带散射的接收机钝化估计

4.2.4天线驻波对于接收机噪声系数的影响

4.3互调特性

4.3.1互调成分和截点

4.3.2级联输入截点

4.3.3接收机互调特性的计算

4.4单频钝化

4.4.1交叉调制成分

4.4.2允许的单频干扰

4.5相邻/相间信道选择性和阻塞特性

4.5.1期望信号电平和允许降低

4.5.2相邻/相间信道的选择性和阻塞特性的计算公式

4.5.3双频阻塞和AM抑制特性

4.6接收机动态范围和自动增益控制

4.6.1接收机的动态范围

4.6.2接收机自动增益控制系统

4.6.3模数转换器动态范围和其他特性

4.7系统设计和性能评估

4.7.1接收机系统设计基础

4.7.2接收机系统中核心器件的基本要求

4.7.3接收机系统性能评估

附录4A功率dBm和电场强度dBμV/m之间的转换

附录4B关系式(4.4.6)的证明

附录4C无线移动最小性能要求比较

附录4D使用MATLAB评估接收机性能

参考文献

辅助参考文献

第5章发射机系统分析与设计

5.1引言

5.2发射功率和频谱

5.3调制精度

5.3.1误差矢量幅度和波形品质因数

5.3.2符号间或码片间干扰对误差矢量幅度的影响

5.3.3合成本振的近载波相位噪声对误差矢量幅度的影响

5.3.4载波泄漏所导致调制精度的降低

5.3.5由其他因素导致调制精度的降低

5.4相邻和相间信道功率

5.4.1低通等效模型的方法

5.4.2多频技术

5.4.3发射机链级联状态下的相邻信道功率比

5.5噪声散射的计算

5.5.1噪声散射计算公式

5.5.2噪声散射计算的一些重要注意事项

5.5.3电压表示的噪声

5.5.4噪声散射计算的例子

5.6系统设计中的一些重要考虑事项

5.6.1架构比较

5.6.2发射机链路增益分布和性能

5.6.3自动增益控制和电源管理

附录5Aρ和EVM间的近似关系

附录5B发射信号的镜像抑制

附录5C放大器非线性特性仿真： ACPR计算

参考文献

辅助参考文献

第6章系统设计的应用

6.1多模和多频段超外差收发机

6.1.1频率规划的选择

6.1.2接收机系统设计

6.1.3发射机系统设计

6.2直接变频收发机

6.2.1接收机系统设计

6.2.2发射机系统设计

参考文献

辅助参考文献

术语表

本书主要介绍了无线通信中的射频（radio frequency，RF）收发系统设计。目前大多数数字通信的教材主要集中在数字基带系统的设计而非射频电路部分。本书主要是为射频系统工程师以及射频集成电路设计工程师在设计数字通信系统中的射频电路而写的。同时也适用于电子工程的四年级本科生以及研究生。

本书系统地介绍了射频接收机和发射机设计方法，也相应地给出了一套全面综合的设计公式，同时对射频系统的分析也予以同等程度的关注。本书集中探讨了采用专用集成电路（application specific integrated circuits，ASIC）的移动通信系统，同时也适用于其他领域的无线系统的应用，诸如无线局域网 (wireless local area network，WLAN)、蓝牙和全球定位系统（global positioning system，GPS）。本书涉及很宽泛的主题，涵盖了从基本的通信原理到特殊的多模移动系统。阅读本书的前提是读者有着良好的射频知识背景、信号通信系统的扎实基础和模拟与混合信号电路的知识积累。

真诚地感谢那些鼓励并帮助过我的人，正是这些人的帮助和鼓励使得我能够完成此书。衷心感谢BjornBjerede博士，感谢他在我著书时对我不断地鼓励及很多有价值的建议和技术上的探讨。此外，我也深深感谢任职于加州大学圣地亚哥分校的Peter Asbeck教授，感谢他抽出时间审视整篇手稿，并提出了宝贵的意见与建议。很多射频领域的知识以及分析技巧都是我师从于麻省理工学院电子研究实验室电磁波理论与应用中心的Kong教授期间学到的，感谢导师为我提供了一个学习、科研与交流的环境。在PCSI、Rockwell半导体系统和Torrey通信公司工作期间，我学习并在实际设计中积累了大量的无线通信系统和射频接收机等方面的知识。我特别要感谢我的前同事Leon Lin博士传授用于非线性系统仿真的一些MATLAB程序。

除此之外，我要对审稿人Sule Ozev博士、Osama Wadie Ata教授、Paul D.Ewing先生、Rolf Vogt博士和Jaber Khoja博士表示衷心感谢，感谢他们的宝贵时间与建议。同时也感谢Springer的工作人员，尤其是编辑主任Alex Greene先生以及他的助理Melissa Guasch女士的支持与建议。最后也是最重要的是感谢我的妻子与家人的理解、耐心以及坚定不移的支持。

 

Qizheng Gu