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1,接收机动态范围
动态范围是指使接收机能够对接收信号进行检测而又使接收信号不失真的输入信号的大小范围,一般指幅度。如果接收信号过大,会引起放大器的失真和引入噪声,信号过小,信号无法被检测到。动态范围就是指这个最大最小的范围。 另一个经常衡量接收机性能的参数是无杂散动态范围,这里用的无杂散动态范围是指当两个等功率信号输入时没有超过噪低 3dB 的虚假信号范围。经常用来衡量动态范围下限的标准为最小可检测信号,其被定义为在一个给定带宽内大于等于给定噪声功率 3dB 的信号,最小可检测信号(MDS)与接收机噪声系数以及中频带宽之间的关系为:
?? = ??? = -171??? + ?? + 10????
注: PL 为动态范围的下限, dBm
MDS:最小可检测信号, dBm
NF:噪声系数 dB
B:中频信号带宽 Hz
无杂散动态范围的上限定义为:产生等于最小可检测信号的三阶互调产物的两个等电平输入信号电平,因此无杂散动态范围的上限可由以下公式推出:
??? = ??3 = 3?? - 2???3
?? = (??? + 2???3)/3
= 1/3(-171dBm + NF + 10logB) + 2/3(OIP3)
根据以上对无杂散动态范围的上下限定义,可以得出无杂散动态范围 SFDR 的表达式为:
???? = ?? - ??
= 1⁄3 (??? + 2???3) - ???
= 2⁄3 (???3 - ???)
= 2⁄3 (???3 - ?? - 10???? + 171???)
由以上可以看出,无杂散动态频率动态范围是同三阶截止点成正比与噪声系数和中频带
宽成反比。由于最大接收功率和 IIP3 直接相关,按照一般经验来说,最大接收功率比 P1dB 低
3dB 左右,而 P1dB 有比 IIP3 低 10dB 左右。
2,阻塞干扰
阻塞干扰的原理是当外界存在一个很强的干扰信号,虽然频率上不造成互调或同频、邻频干扰,但作用于收信机前端电路后,由于收信机的非线性仍能造成对有用信号增益的降低(受到抑制)或噪声提高,使接收机灵敏度下降,这种现象就是接收机的阻塞。相应的,这种干扰称为阻塞干扰。假设有用信号为:
?? = ?????(???)
干扰信号为:
?? = ?????(???)
当他们叠加在一起时:
?? = ?? + ?? = ?????(???) + ?????(???)
经过三角变换并考虑 Un >> Us 的情况下:
?? = ??(1 + ????(?? - ??) ∗ ?) ∗ ???(??? + ????(?? - ??) ∗ ?)
= ??(1 + ????(∅?))???(??? + ????(∅?))
上式中? = ??/?? ∅=?? - ??;Ub 是一个调幅调相波, ??(1 + ????(∅?)) 为调幅波, A 为调幅度, ∅为调制频率,???(??? + ????(∅?))为调相波,由此可见一个有用的弱信号与一个强干扰信号叠加后其合成信号将变成一个频率以干扰信号的载频为中心的调幅调相波,其幅度的变化反映有用信号的包络调制规律。当强干扰信号和弱有用信号进入接收机后,使接收机中放大器或者混频器级的三极管的传输特性进入饱和或者截止区域后而呈现出非线性,合成信号的包络大部分被削掉只保留了调相部分,由于保留了调相部分,故合成信号中的相位变化中还保留有有用信号,但是由于 Un>>Us,故 A 值会很小,而干扰信号的 Un 会很大,因而使输出信噪比显著下降,造成灵敏度降低,噪低抬升形成阻塞,干扰信号的 Un 越大,阻塞越严重。
作为衡量阻塞干扰指标主要有二个,即阻塞带和阻塞电平。设固定电平的干扰电压Un,并由远端向工作频率靠近,使收信机的信比( SINAD)下降 3dB 时,信号与干扰的频率差称为阻塞频带。 设 fc 为某一常数调整干扰电平使有用信号的信納比下降 3dB 时,其对应的输入电叫阻塞电平,接收信机的阻塞频带越宽越易受到外来强信号的阻塞干扰,而阻塞电平越高则表示收信机拒强干扰信号能力越强, 阻塞对通信系统的影响在对接收机的抗干扰性能进行测试时,有五项双信号测试的重要指标,即接收机的同频道抑制(SC)、邻道选择性(SA)、阻塞(SB), 互调抑制(SI)和杂散响应抑制(SS)其中,阻塞指标所描述的主要是接收机在标称工作频率(1-10)MHz 范围内的抗干扰性能。接收机的阻塞指标不符合要求或者系统之间产生阻塞干扰,将严重影响通信系统的通信距离和通信质量。Blocking 实际上是一种非常古老的 RF 指标,早在雷达发明之初就有。其原理是以大信号灌入接收机(通常最遭殃的是第一级 LNA),使得放大器进入非线性区甚至饱和。此时一方面放大器的増骤然变小,另一方面产生极强非线性,因而对有用信号的放大功能就无法正常工作了。
另一种可能的 Blocking其实是通过接收机的AGC来完成的:大信号进入接收机链路,接收机 AGC 因此产生动作降低増益以确保动态范围;但是同时进入接收机的有用信号电平很低,此时增益不足,进入到解调器的有用信号幅度不够。对解决 Blocking,主要是 RF 出力,就是把接收机 IP3 提高,动态范围扩大。对于带外 Blocking,滤波器的抑制度也是很重要的。
3,IQ不平衡和镜像抑制计算
I 和 Q 信号的不平衡限制了镜像抑制和接收机或发射机的动态范围。镜频抑制公式可以根据下图所示的简化的正交转换系统模型推导出。接收到的射频期望信由振幅归一化的频率和角度调制表示。假设 I 和 Q 通道中的所有不平衡都集中在正交 LO 信号的不平衡上,幅值归一化 I 和 Q 的 LO 信号表示为???(????)和(1 + ?)???(???? + ?),其中?是幅度不平衡, ?是相位不平衡。
省略中间的推导过程,由于 IQ 不平衡导致的信号镜像成分的大小 IR 由期望的信号幅度与镜像信号幅度之比确定,单位为 dB,推导结果如下所示:

IQ 不平衡时的校准方法,假如从射频端口输入一个单频信号被接收机接收并下变频至基带数据,理论上基带的 IQ 数据应该是完全正交的,不失一般性我们归一化接收到的 IQ 基带信号的表达式为:
?(?) = ???(??)
?(?) = ???(??)
注: ?为基带频率
但是,由于信道环境和通道特性的不同,通常会存在直流偏置,以及相位和幅值上的偏移,这使得两种信号分别为:
?‘(?) = ????(??) + ??
?‘(?) = ???(?? + ?) + ??
?? ?? ? ? 分别为基带 IQ 直流偏置,相位偏移,幅度偏移
基带 IQ 的直流偏移可以通过对基带信号计算平均值得出比较容易计算,这里主要任务是对基带信号的相位和幅度偏移的计算。出基带信号直流偏移之后的 IQ 信号为:
?‘‘(?) = ????(??)
?‘‘(?) = ???(?? + ?)
这两个方程用矩阵形式表示为:

根据线性代数矩阵求逆求 I(t)和 Q(t):
