移动通信发射机:移动通信发射机-中文百科频道

基本构成

移动通信发射机

一般的移动通信发射机的基本组成框图如图1所示。

发射机的工作原理如下：待传送的语音或数据信息送入发射机的基带处理部分进行基带处理，基带处理的内容包括语音的放大、模数转换、编码、加密、帧结构形成等。经基带处理后的信号送往调制电路按一定的调制方式进行调制。移动通信的调制方式可分调幅、调频和调相三大类，但每类可有多种不同的方式，常用的有AM、FM、MSK、GMSK、DPSK、QPSK、π/4—QPSK、QAM等。调制后的载波通常并不是在发射频率上，所以要经过混频，把频率搬移到发射频率上。频率合成器的作用是提供一个高精度和高稳定度的频率源，在控制处理电路的控制下产生不同的频率送给混频电路，把载波频率搬移到所需的射频上。最后，射频信号经过滤波电路和功放电路，送往天线发射。控制处理电路包括微处理器、存储器、逻辑控制、时序产生和控制等。由于信息处理的内容、调制方式、实现的性能和功能的不同，移动通信发射机会有不同的具体形式和实现方案。

基站发射机

在GSM通信系统的无线接口U上，一边是MS，另一边是基站收发信站(BTS)，两端设备有共同的地方，又有不同的地方。共同的地方是，收发信机的基本工作原理相同。不同的地方是，GSM系统采用TDMA多址方式，在BTS中可同时有8个用户共用一个频率，每一个占用一个时隙，而在MS中用户只有一个，它只占有一个频率的一个时隙。因为是双工通信，一端发而另一端收，它们必须统一规划与设计。下面以一个BS为例，介绍BS发信机的原理。MS发射机的例子可参阅20.4.1节。

移动通信发射机

图2是S900基站系统的BTS方框图。它包括基带、载频和控制三部分。基带部分包括帧单元(FU)、跳频单元(FHU)和主时钟单元(MCLU)。载频部分包括载频单元(CU)和天馈部分。控制部分包括操作维护单元(OMU)。下面介绍BTS发射通道的原理。

传输信息由BS接口设备送入FU进行基带数字信号处理，包括速率适配、信道编码与交织、加密、产生TDMA突发脉冲等。处理后的信号送入FHU进行跳频处理，然后送往CU的发信机。

移动通信发射机

CU发信机的功能是将TDMA帧的基带信号调制到载频上，送往天线发射，同时实现功率控制，其方框图如图3所示。从FHU来的TDMA帧数据流送到CU控制部分，在那里再将数据和时种送到GMSK调制的逻辑电路部分(EPLD)，逻辑电路控制GMSK调制的正、余弦表的形成与储存，使只读存储器(ROM)将数据分别输出到I、Q支路，并行的数据流再进行D/A转换和低通滤波，产生GMSK的模拟I、Q支路信号。两个支路的模拟调制信号经上变频变为935～960MHz的高频信号，经功率放大器(PA)接到馈线，最后到天线发射出去。两个支路的混频本振信号差90°，本振信号来自频率合成器，它受CU控制部分控制。图中的功率检测部分是监视功放的功率，当其过大时关闭发信机以防损坏。

由于BS要接入多个信道的发射信号，所以每路发射信道的功放并不是直接送到发射天线，而是要通过一个天馈部分，在那里与其他信道的信号合路后才送往天线一起发射出去。BS天馈部分的示意图如图4所示。在图中，每路发信机功放的输出先送入一个环形器，其作用是提供发信机的反向功率隔离。然后，再送入一个起带通滤波器作用的空腔谐振器。合路器的作用是将多路发射功率信号组合在一起。双向耦合器为测量驻波比提供测试电路。

移动通信发射机

信号处理技术

移动通信发射机的主要功能之一是根据通信系统调制方式的要求对基带信号实现调制。一般来说，不同的移动通信系统或设备，调制方式是各种各样的。在传统的发射机中，都免不了要用模拟电路来实现各种方式的调制，因而存在电路复杂、实现困难、灵活性低等问题。随着通信技术的发展，已对一些多功能移动通信设备提出了兼有多种调制方式(如要求兼有AM、FM、QPSK方式)的要求。如用传统的方法设计发射机，为了全部实现这些调制方式，需要分别设计不同调制方式的调制电路，还要考虑不同的基带处理和各种转换，造成电路复杂、体积庞大、处理困难等情况。采用数字信号处理(DSP)技术可有效地解决这个问题。在目前器件和技术水平情况下，采用DSP技术实现发射机的原理框图如图5所示。在这种发射机中，从信息输入到调制输出，基本上是数字信号处理电路，以及必要的A/D和D/A电路。用数字信号处理方法实现不同制式的调制，是这种发射机方案的关键技术之一，目前可实现的方法主要有两种。

移动通信发射机

第一种方法是DSP软件运算法。该方法利用通用DSP芯片，通过编制各种调制方式算法软件来实现。特点是硬件电路简单，主要靠软件完成功能，但运算量大，目前的器件还不能产生高频的调制载波。

移动通信发射机

第二种方法是数字直接式频率合成(DDS)方法。其工作原理框图如图6所示。

从输入端送入相位增量值Δ φ，在取样脉冲 Fs的作用下，进行相位累加，得出瞬时相位 φ。根据瞬时相位 φ，从正弦查询表中读出sin φ的幅值，送D/A转换和滤波后，就可得到一个正弦的模拟信号。输出模拟信号的频率由下式决定：

移动通信发射机

式中： Fs为取样时钟频率， n为相位累加器的输入码长，Δ φ为输入相位增量值码。当 Fs一定时，只要改变Δ φ值，就可以得到需要的频率输出，这是DDS做频率合成器的基本用法。此外，可以用DDS来构成包括各种调制信号波形在内的任意波形合成器。例如，使Δ φ跟随输入信号变化，就可以实现调频；使正弦查询表的输入值 φ按一定规律变化，就可以实现调相；使D/A输出的幅度跟随输入信号变化，就可以实现调幅；如果设计两路正交电路，则可实现QPSK调制。图7是一个利用DDS技术实现调频、调相和调幅的原理框图。在图中，虚线框内是DDS芯片。目前的DDS芯片可以实现FM、AM、QPSK等多项调制，调制信号的输出频率即D/A的输出频率最高可达100MHz以上。

数字直接式频率合成法的特点是用DDS专用芯片来实现不同制式的调制，能产生高频的调制载波，实用性强，一些新型的多功能移动通信设备的发射机已采用这种方法。