无线通信系统-学习与研究-1

无线通信系统-学习与研究
无线通信模块主要包含
一，天线:射频天线调谐器
二，射频前端模块（RF FEM）：射频前端是无线连接的核心，是在天线和射频收发模块间实现信号发送和接收的基础零件,主要是实现信号在不同频率下的收发。射频前端对信号传输质量至关重要，射频前端主要由滤波器（Filter）、功率放大器（PA）、射频开关（Switch/Tuner）、低噪声放大器（LNA），双工器（duplexer）等5种器件构成。目前射频前端芯片主要应用于手机和通讯模块市场、WiFi路由器市场和通讯基站市场等。
1，射频开关(RF Switch)/天线调谐开关(RF Antenna Switch):
：主要是实现射频信号的接收与发射的切换，不同的频段间的切换。
(1)厂家：英飞凌(infineon)
①功能及应用：
1)英飞凌射频开关易于设计，因为我们的集成电路 (IC)非常 小巧紧凑 ，而且其 封装非常耐用。这让它们成为了 PCB（印刷电路板）表面贴装的完美选择 。射频开关产品组合具有多种尺寸和射频性能。因此，您可能会找到满足您应用需求的解决方案。我们的目标应用包括多种 消费设备，如智能手机、笔记本电脑、平板电脑、可穿戴设备、无人机、接入点（路由器、客户终端设备/CPE），以及各种智能家电。 
2)为蜂窝 4G/5G 等无线通信系统提供了广泛的射频开关 IC 产品组合。我们的产品组合不断发展，可提供满足严格技术要求的高性能射频开关，例如在低电源电压下提供更高的射频功率或者快色开关切换速率。
3)英飞凌的射频开关产品组合包括具有极低插入损耗 (IL)、高隔离 (ISO) 和低谐波。射频开关用于射频前端 (RF FE) 内不同射频路径的频带选择和天线切换，提供多种系统优势，如更高的设计灵活性、成本节约和节能。
2，射频低噪声放大器LNA（low-noise-amplifer）：用于射频接收电路。亿佰特的500mW/1W的Sub-G无线模块，通常都会增加独立的LNA芯片电路。客户无需关心LNA的增益，以及滤波电路造成的衰减，只需关心LNA带来的接收灵敏度的提升。针对亿佰特加了LNA芯片的无线模块，通常地，400M频段大概有2-3dB的提升，900M频段大概有5-6dB的提升。
(1)厂家：⽇清纺微电⼦
①功能及应用：
1)提供从几十MHz到6GHz的多频段应用，同時具有高增益、低噪音和低失真的产品优势的低噪声放大器(LNA) 系列产品。 针对GNSS的产品应用，我们还提供低噪声放大器(LNA) 与SAW滤波器组合的一系列射频前端模块。对性能、微型化和更高频率运行的推动正在挑战无线系统的两个关键天线连接元器件的限制：功率放大器 (PA) 和低噪声放大器 (LNA)。使 5G 成为现实的努力，以及 PA 和 LNA 在 VSAT 端子、微波无线电链路和相控阵雷达系统中的使用促成了这种转变。这些应用的要求包括较低噪声（对于 LNA）和较高能效（对于 PA）以及在高达或高于 10 GHz 的较高频率下的运行。为了满足这些日益增长的需求，LNA 和 PA 制造商正在从传统的全硅工艺转向用于 LNA 的砷化镓 (GaAs) 和用于 PA 的氮化镓 (GaN)。
3，射频功率放大器PA（power-amplifer）：是发射通道的射频信号放大。用于射频发射电路。例如E22-400M30S，采用的RFIC芯片SX1268最大只能输出22dBm，我们通过内置PA，可以让其最大输出30dBm。针对这类RFIC模块，用户通常会需要芯片如何配置输出功率才能达到30dBm、27dBm..
(1)厂家：亚德诺
①功能和应用：功率放大器基于频率范围为千赫兹至95GHz的GaN和GaAs半导体技术。除了裸片和表贴元件，我们的产品系列还包括基于GaN的功率放大器模块，输出功率超过8 kW。我们的功率放大器设计优良，在高输出功率下具有出色的线性度，能在各种有线和无线应用中在升温条件下保持良好散热性和高度可靠性。许多功率放大器涵盖了十倍带宽，支持集成单个IC的仪器仪表和军事应用。同时还提供许多支持电信和卫星通信的窄带产品。通过大量产品选择，可为具体应用选择合适的产品。
4，双工器（duplexer）：是将发射信号和接收信号的隔离，保证接收和发射在公用同一天线的情况下能正常工作。指具备两种工作状态的器件。从表面上看，双工器是一个三端口器件，目的是为了解决收发共用一副天线而又使得其两者相互不影响而设计的微波器件。
(1)厂家：
①功能和应用：
1)双工器是频分双工无线通信系统中的重要射频部件，产品由一个接收端滤波器和一个发射端滤波器组成，实现收发共用天线的功能。用于天线的输入输出部，拥有在收发时分类或混合2中不同频率信号的功能。
2)时分双工：主要是发射和接收在时间上分开，互不冲突。比如先是发射，然后再接收。这类双工器在雷达（雷达表示(．．) ：这是由我的工作性格决定的：先发射信号，再接收反射信号）上使用较多。一般由环形器或者开光构成双工器。
3)频分双工：主要是收发链路的工作频段不同，比如手机与基站的上行频段与下载频段就不一样。没听说过打电话只有一个人说完了另一个人才能说话的），这样收发可以同时工作，只要选择不同的频段即可。一般由两组滤波器构成双工器。
5，射频滤波器(filters)：是保留特定频段内的信号，而将特定频率外的信号滤除。
(1)厂家：意法半导体
①功能和应用：
1)RF滤波器共有四种基本类型：高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。
a.低通滤波器：低通滤波器的类型较多。该滤波器的主要用途是抑制射频放大器的谐波。这种特性有助于避免在不同的传输频段中产生不必要的干扰。高频滤波使信号具有更清晰分明的质量。
b.高通滤波器：与低通滤波器相反，高通滤波器将频率衰减到某个阈值以下，因此只有高频信号可以通过。高通滤波器可与低通滤波器组合，形成带通滤波器。
c.带通滤波器：带通滤波器是一种电路，能够通过两种不同频率的信号，并使超出给定范围的信号衰减。意法半导体的RF IPD带通滤波器不使用外部电源，集成了电感和电容等无源元件。相反，有源带通滤波器需要外部电源和有源元件，如集成电路和晶体管。带通滤波器常用于无线接收器和发射器。带通滤波器可降低输出信号的带宽，允许发射器以所需的速度和格式发送数据。接收器中的带通滤波器只允许解码所需的频率，同时阻止包含采用无用频率的其他信号。总之，精心设计的带通滤波器可以轻松提高信号质量，同时降低信号之间的冲突和干扰。
d.带阻滤波器：带阻或陷波滤波器允许大多数频率通过，但是会将特定频率范围衰减到非常低的水平。这一点与带通滤波器相反
三，主芯片：
四，基带信号处理：
基带芯片和射频芯片
基带和射频工作示意图

采样/量化/编码/AD转换 信道编码加密 调制QAM 高频调制 AD转换
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麦克风--->模拟信号---->数字信号---->基带信号---->低频信号---->频带信号--->PA----Filter--Switch---->无线基站
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基带信号处理芯片 射频信号处理芯片RF-IC 射频前端处理芯片RF-FE ||
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喇叭 <---模拟信号<----数字信号<---基带信号<----低频信号<----频带信号<---LNA----Filter--Switch<---无线基站
基带和射频的工作流程：由话筒的发射端输入模拟信号通过采样，量化，编码实现数字信号的处理，再通过每个厂家的信道加密编码转换为基带信号，然后通过QAM信号调制输入到射频发射端，接收端通过射频信号的反向处理然后通过解调输入到基带，同样通过和基带输入端完全相反的流程处理从通过喇叭输出即可。其中射频输入的处理流程由低频信号到频带信号通过AD转换到射频功率放大器PA，滤波器，开关直至信号输出。

无线射频信号方向
基带 RF收发机--->功率放大器PA--->滤波器--->开关
(基带和RF收发器共用) 双工器<-->分集开关<-->天线调谐<====>天线
基带 RF收发机<---低噪声放大器LNA<--滤波器<---开关
接收路径：天线(接收信号)-开关&滤波器-LNA(小信号放大)-射频收发-基带
发射路径：基带-射频收发-PA(功率放大器)-开关&滤波器-天线(发射信号)

1.功率放大器：主要负责发射通道的射频信号放大。在发射信号时通过PA放大输入信号，使得输出信号的幅度足够大以便后续处理。其工作原理示意图如下：

2.滤波器：负责发射及接收信号的频率选择和滤波，保障信号在不同频率互不干扰地传输。移动设备的滤波器主要采用表面声波(SAW)和体声波(BAW)两种技术制造。双工器负责接收/发送通道的双工切换及射频信号滤波，双工器、三工器、四工器和多路复用器通常采用多个滤波器的组合。
3.低噪声放大器主要用于接收通道中的小信号放大，其工作原理如下图所示：输入的射频信号被输入匹配网络转化为电压，经过放大器对电压进行放大，同时在放大过程中最大程度降低自身噪声的引入，最后经过输出匹配网络转化为放大后功率信号输出。
4.射频开关：在打开和关闭之间切换，允许信号通过或不通过。可分为单刀单掷、单刀双掷、多刀多掷开关。射频开关的工作原理如下图所示：当射频开关的控制端口加上不同电压时，射频开关各端口将呈现不同的连通性。以单刀双掷射频开关为例，当控制端口加上正电压时，连接端口 1 与端口 3 的电路导通，同时连接端口 2 与端口 3 的电路断开；当控制端口加上零电压时，连接端口 1 与端口 3 的电路断开，同时连接端口 2 与端口 3 的电路导通。
总结：射频前端器件的技术和制造趋势是模组化，即将射频开关、低噪声放大器、滤波器、双工器、功率放大器等两种或者两种以上的分立器件集成为一个模组。目前射频前端模组主要有以下类型：DiFEM（集成射频开关和滤波器）、LFEM(集成射频开关、低噪声放大器和滤波器)、 FEMiD（集成射频开关、滤波器和双工器）、PAMiD（集成多模式多频带PA和FEMiD）。