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Qizheng Gu 杨国敏译 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302430506

商品编码：10484159390

包装：平装

出版时间：2016-06-01

基本信息

书名：无线通信中的射频收发系统设计

：59.00元

作者：Qizheng Gu 杨国敏译

出版社：清华大学出版社

出版日期：2016-06-01

ISBN：9787302430506

字数：488000

页码：328

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

内容提要

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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。

目录

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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

作者介绍

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文摘

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序言

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《无线通信中的射频收发系统设计》：开启信号传输的奥秘之门 在信息爆炸的时代，无线通信已渗透到我们生活的方方面面，从智能手机的便捷通讯，到物联网的万物互联，再到高速率的数据传输，其背后都离不开高效、可靠的射频收发系统。本书《无线通信中的射频收发系统设计》正是深入剖析这一核心技术，为读者揭示无线通信系统设计中最关键的环节——射频前端的运作原理、设计方法与实现策略。本书并非一本浅尝辄止的入门读物，而是致力于为有志于深入理解和掌握射频收发系统设计精髓的工程师、研究人员以及相关专业的学生提供一份系统、详实的技术指南。 本书的起点，是对无线通信系统整体架构的宏观审视。我们将首先勾勒出无线通信系统从信息源到接收端的完整链路，并着重强调射频收发系统在其中的枢纽地位。理解射频前端如何将数字信号转化为电磁波进行传输，以及如何将接收到的电磁波还原为可用的数字信息，是后续深入学习的基础。我们将探讨不同无线通信标准（如Wi-Fi、蓝牙、蜂窝通信等）对射频收发系统的特殊要求，以及这些要求如何影响系统的设计选择。 接着，本书将笔锋一转，聚焦于射频收发系统的核心组成部分——发送端（Transmitter）和接收端（Receiver）。 在发送端的设计方面， 我们将详细解析其关键模块的功能与设计考量。频率合成器（Frequency Synthesizer）作为发送端的“心脏”，其稳定性和精度直接决定了发射信号的频率准确性，进而影响到通信的可靠性。我们将深入讲解锁相环（PLL）技术，包括其基本原理、环路设计、噪声分析以及各种改进技术，确保读者能够设计出满足严苛指标的频率合成器。压控振荡器（VCO）作为PLL的关键组成部分，其调谐范围、相位噪声、功耗等参数的选择至关重要，本书将对此进行详尽的阐述。 功率放大器（Power Amplifier, PA）是发送端实现信号功率增益的核心模块。功率放大器的效率、线性度、输出功率以及稳定性是衡量其性能的重要指标，直接关系到通信系统的覆盖范围、功耗以及信号失真。我们将深入探讨各种PA拓扑结构（如AB类、E类、F类等）的原理、优缺点以及在不同应用场景下的选择策略。线性度问题是PA设计中的一大挑战，本书将详细介绍提高PA线性度的各种技术，包括预失真（Pre-distortion）和后失真（Post-distortion）等方法，并分析其在实际系统中的应用。 混频器（Mixer）在发送端的作用是将基带信号上变频到射频载波频率。我们将深入讲解不同类型的混频器，如Gilbert单元混频器、单平衡混频器等，分析其增益、噪声系数、隔离度等关键参数，并探讨其与本地振荡器（LO）的匹配问题。 在接收端的设计方面， 我们将遵循与发送端类似的逻辑，逐一剖析其关键模块。低噪声放大器（Low Noise Amplifier, LNA）是接收端的“第一道防线”，其噪声系数（Noise Figure, NF）直接决定了接收灵敏度。我们将详细分析LNA的噪声产生机制，以及如何通过器件选择、匹配网络设计等方法来降低噪声系数。 混频器（Mixer）在接收端则扮演着将射频信号下变频到中频（IF）或基带（Baseband）的角色。本书将深入研究下变频混频器的设计，包括其镜像抑制、噪声特性、LO馈电要求等，并探讨直下变频（Direct Conversion）和超外差（Superheterodyne）接收机架构的优劣。 中频放大器（Intermediate Frequency Amplifier, IF Amplifier）在中频接收机中负责对下变频后的信号进行放大，以补偿链路损耗并为后续的解调提供足够的信号电平。我们将讨论IF放大器的增益控制、带宽以及噪声性能。 自动增益控制（Automatic Gain Control, AGC）是射频接收机中至关重要的反馈控制系统，用于在输入信号幅度变化剧烈的情况下，保持后续电路的信号电平稳定，从而避免信号过载或过小。本书将深入探讨AGC的设计原理、动态范围、响应速度以及在不同接收架构中的实现方式。 滤波器（Filter）在整个射频收发链路上都扮演着不可或缺的角色。从带通滤波器（Band-pass Filter, BPF）用于选择目标频段，到低通滤波器（Low-pass Filter, LPF）用于抑制高频噪声，再到陷波滤波器（Notch Filter）用于消除干扰，本书将全面介绍各种滤波器的类型、设计方法以及在射频系统中的应用。我们将深入探讨滤波器设计中的关键参数，如插入损耗、阻带衰减、带宽、尖度等，并介绍如何在电路板上实现高质量的射频滤波器。 除了对各个独立模块进行深入解析，本书还将重点关注射频前端的整体系统设计。我们将探讨接收机架构的选择，如超外差架构、零中频（Zero-IF）架构、低中频（Low-IF）架构等，分析它们各自的优缺点，以及如何根据应用需求进行权衡。发送机架构的设计，例如直接数字合成（DDS）与PLL的结合，以及如何实现高效率的信号生成，也将是本书的重点。 阻抗匹配（Impedance Matching）是射频电路设计中的一项基础且关键的技术。我们将深入讲解最大功率传输定理，以及使用史密斯圆图（Smith Chart）等工具进行匹配网络设计的方法。本书将详细介绍如何为LNA、PA、混频器等关键器件设计最优的输入和输出匹配网络，以最大化信号传输效率，降低信号损耗和反射。 噪声分析与抑制（Noise Analysis and Suppression）是射频系统设计中不可忽视的环节。我们将系统地讲解射频链路中各种噪声的来源，如热噪声、散粒噪声、闪烁噪声等，并深入分析这些噪声对系统性能的影响。本书将介绍如何进行噪声系数（NF）的计算和分析，以及如何通过合理的电路设计和器件选择来最小化噪声的干扰，从而提高接收灵敏度。 线性度问题（Linearity Issues）对于保证信号的保真度和避免互调失真（Intermodulation Distortion, IMD）至关重要。本书将深入分析非线性器件（尤其是PA和混频器）引起的失真机制，如谐波失真（Harmonic Distortion）、互调失真等。我们将详细介绍评估线性度的指标，如P1dB（1dB压缩点）、IP3（三阶交调点）等，并探讨提高线性度的各种设计策略，包括器件选择、偏置点优化、预失真技术等。 电磁干扰（EMI）与电磁兼容（EMC）是射频系统设计中必须考虑的重要因素。本书将探讨射频电路产生的电磁辐射以及如何抑制，同时也会关注外部电磁干扰对射频系统的影响。我们将介绍PCB布局、屏蔽、接地等方面的设计原则，以确保射频系统能够正常工作，并满足相关的EMC标准。 电源完整性（Power Integrity）对于射频电路的稳定运行至关重要。不稳定的电源会引入噪声，影响射频器件的性能。本书将探讨射频电源的设计原则，包括滤波、去耦等技术，以保证为射频电路提供干净、稳定的电源。 测试与测量（Testing and Measurement）是射频系统设计流程中不可或缺的环节。本书将介绍用于射频收发系统设计的常用测量仪器，如频谱分析仪、网络分析仪、信号发生器、噪声系数分析仪等。我们将阐述如何使用这些仪器对射频电路进行关键参数的测量，如增益、噪声系数、回波损耗、失真等，并指导读者如何解读测量结果，对设计进行优化。 本书的另一大特色在于，它不仅关注理论知识，更强调实际应用和工程实现。我们将结合实际的设计案例，通过详细的仿真分析和实际电路板的制作经验，来阐述设计中的难点和解决方案。从元器件的选择、PCB布局的技巧，到焊接工艺的要求，本书将提供详实的指导，帮助读者将理论知识转化为实际的设计成果。 《无线通信中的射频收发系统设计》是一本为无线通信领域工程师、研究人员和有志于此的学生的“工具箱”和“路线图”。它将带领读者从宏观的系统架构，深入到微观的器件原理，再到具体的工程实现，全面掌握射频收发系统设计的核心技术和实践经验，助力他们在无线通信领域取得更大的成就。本书的目标是培养读者独立解决复杂射频系统设计问题的能力，让他们能够自信地应对下一代无线通信技术带来的挑战。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书的初衷，是希望能对“无线通信”这个广阔领域有一个更宏观的认识，特别是它与“射频收发系统设计”这个具体环节的联系。我原本以为这本书会从无线通信的基本原理出发，比如信息论、信道模型、调制解调技术等，然后循序渐进地引出射频收发器在整个通信链路中的位置和作用。我期待它能阐述在不同通信标准（如 Wi-Fi、蓝牙、蜂窝网络等）下，射频收发系统的设计有哪些共性与差异，以及这些差异背后是如何考虑频谱效率、功耗、成本和性能等因素的。我希望作者能描绘出整个无线通信系统的“大图景”，包括信号的产生、传输、接收、处理，以及各个环节是如何协同工作的。如果能穿插一些实际应用案例，比如讲解一款手机或基站的射频收发系统是如何设计的，那就更好了。这本书的标题给我一种“系统性”的期望，希望它能提供一个从宏观到微观的视角，让我能理解射频设计在整个无线通信产业中的重要性，以及它所面临的挑战和未来发展趋势，而不仅仅是停留在技术细节层面。

评分☆☆☆☆☆

这本书，我原本是想从中获得一些关于“设计”方法论的启发，不仅仅是技术层面的，也包括项目管理、团队协作等软技能。我期待书中能分享一些成功的射频收发系统设计案例，剖析这些案例在设计过程中遇到的困难，以及设计师是如何通过创新思维、有效的沟通和合理的资源调配来克服这些困难的。我希望这本书能强调工程实践中的“权衡”艺术，比如在性能、成本、功耗和体积之间如何做出最优选择。我也对书中关于“调试”和“验证”的部分抱有很大期望，希望能学习到有效的调试技巧，以及如何设计全面的测试方案来确保系统的稳定性和可靠性。如果书中能包含一些关于原型制作、PCB 设计考量、以及电磁兼容性 (EMC) 设计的经验之谈，那就更完美了。总的来说，我希望这本书能让我跳出纯粹的技术学习，去理解一个完整的系统是如何从概念走到产品，其中涉及到的工程哲学和实践经验，这对我而言是弥足珍贵的。

评分☆☆☆☆☆

这本书，我本来是冲着“射频收发系统设计”这个硬核主题来的，期待能在这本书里找到关于 S-参数、阻抗匹配、滤波器设计、混频器以及功放等关键模块的深入剖析，希望能看到具体的电路图、仿真结果，甚至是不同设计方案的优劣对比。我尤其希望书中能详细讲解在高频下的布局布线技巧，如何减小寄生参数的影响，以及在实际生产中会遇到的各种挑战和解决方案。我一直在寻找一本能够系统梳理射频系统从原理到实现的教材，能够帮助我理解不同射频链路的组成部分，它们之间的协同工作方式，以及在实际项目开发中，如何根据需求选择合适的器件、进行系统级的参数预算，并最终实现高性能的无线通信系统。例如，关于天线设计与射频前端的匹配，或者在有限的功耗预算下如何优化接收灵敏度，这些都是我非常感兴趣，但又觉得掌握不够扎实的部分。我希望这本书能像一位经验丰富的工程师，把这些复杂的概念抽丝剥茧地讲清楚，并且提供足够的理论支撑和实践指导，让我能够真正地“学到东西”，而不是停留在概念层面。

评分☆☆☆☆☆

我之所以选择这本书，主要是对“无线通信”这个领域本身浓厚的兴趣，以及对其中“射频”部分的神奇力量感到好奇。我设想这本书会以一种生动有趣的方式，揭示无线信号如何在空气中穿梭，我们是如何通过看不见的电磁波进行沟通的。我期待它能解释一些基础的物理原理，比如电磁波的产生和传播，信号的频率、幅度、相位等概念，以及它们在无线通信中的意义。我也希望书中能介绍一些常见的无线通信应用，比如手机通信、卫星通信、雷达系统等等，并简要说明这些应用背后所使用的射频技术。这本书的标题听起来专业，但我更希望它能有一部分内容是面向初学者的，能够引发读者的兴趣，让他们对射频技术有一个初步的、形象的认识。如果能有一些通俗易懂的比喻或类比，帮助理解那些抽象的概念，那就更好了。我并不一定需要深入到复杂的数学推导和电路设计，而是更希望获得一种“科普”层面的体验，了解射频世界是怎样的，它为什么如此重要，以及它如何改变了我们的生活。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的期待，主要集中在“系统设计”的“前沿性”和“创新性”方面。我希望书中能探讨当前无线通信领域最热门的一些技术趋势，比如 5G/6G 中的新波形设计、先进的 MIMO 技术、分布式和集中式射频前端的架构演进，或者在物联网 (IoT) 和车联网 (V2X) 应用中，对低功耗、低成本射频收发器的特殊设计要求。我也对书中关于软件定义射频 (SDR) 和人工智能在射频收发系统设计中的应用非常感兴趣，比如如何利用 AI 来优化信号处理算法、自适应调整系统参数，或者进行故障诊断。我希望作者能分享一些最新的研究成果和行业动态，让读者能够了解射频收发系统设计未来的发展方向，以及可能出现的技术瓶颈和突破点。如果书中能包含一些对未来通信场景的设想，以及为了实现这些场景，射频收发系统需要具备哪些新的能力，那将是一次非常富有启发性的阅读体验。我希望这本书能让我站在行业的最前沿，对未来的射频技术有一个前瞻性的认知。