大話無線通訊收發射頻指標（射頻工程師必看）

甲乙兩人在一塊兒交談，乙說：「你沒有說清楚！」甲說：「你怎麼聽不明白呢？」其實原本說是一回事，聽是另外一回事；但說得特別清晰能夠彌補聽力的不足，一樣，聽的能力特別強，也能夠下降對說話清晰度的要求。

那麼怎樣衡量無線通訊系統「說、聽」的能力呢？這裏介紹一組收發相關的射頻指標。

說，就至關於無線通訊系統的「發射」，說話的時候儘可能只對着與你交流的人講， 不要影響不相關的人，也就是說「不應說的儘可能不說」；從發射的角度看，儘可能發射信道帶寬範鬧內的信分，不要發射到別的信道上或者別的系統使用的頻段上，不然會干擾其餘信號。

衡量發射機帶內輻射能力、帶外抑制能力的主要指標就是鄰道泄漏比和雜散輻射。

聽，就至關於無線通訊系統的「接收」，聽話的時候儘可能只聽與你交流的人說話,不要聽和你不相關的人講話，不然會分散你的注意力，影響你的聽話效果，也就是說「不應聽的儘可能不聽」；從接收機的角度看，儘可能接收信道帶寬範圍內的信號，不要接收其餘頻率的信號，不然會影響接收效果。

衡量接收機帶內接收能力、帶外響應抑制能力的主耍指標就是接收靈敏度和雜散響應。

一、鄰道泄露比

(現象類比）讀小學的時候，因爲教室緊張，一年級和二年級在一個教室上課，由一個老師來教。一年級學生讀課文出錯，二年級的就譁然大笑（鄰道泄漏）；

二年級的被老師批評，一年級的就起鬨（鄰道泄漏）。1、二年級互相影響得很是厲害。爲了減小1、二年級的互相影響，老師在他們中間加了一個 隔板（增長了保護帶寬），這樣相互影響就下降了不少。但看不着，有時候卻能聽得着，最後老師索性把隔板換成隔牆（隔離度又增長了），這樣影響就降到了最低。

鄰道泄漏是用來衡量射頻器件對主工做頻率外的信道的影響特性，或稱帶外輻射特性，就像一年級學生的嘈雜聲可能會影響到二年級同樣。固然這種影響越小越好。

鄰道泄漏比（ACLR)就是泄漏在鄰逬的功率與主信道功率之比，一般用dBc表示，如閣2-19 所示。

鄰道泄漏越小越好，鄰道泄漏比的絕對值就應該越大越好。其值越大，代表主信道功率比池漏在鄰道的功率大得越多，說明對鄰道的影響越小。

WCDMA的要求是：笫一鄰道（偏離載頻±5MHz)的ACLR達到45dBc ;笫二鄰道（偏離載頻±10MHz)的ACLR達到50dBc。

二、雜散輻射

(現象類比）咱們的生活小區旁邊有一個工地，徹夜燈火明亮。安裝探照燈（工做帶寬範圍內的輻射）的主要目的是爲了便於巡查，從而避免工地的各類物資丟失。但是探照燈太亮了，輻射到了咱們小區（雜散輻射），影響了咱們小區不少人的休息（雜散輻射必然帶來干擾）。

射頻發信機本應該在規定的頻率範圍內發送無線信號，即發射帶內信號號；正如探照燈應該主要照射工地範圍同樣。因爲射頻發信機的內部元器件並不是理想器件，存在或多或少的非線性，在發射無線信號的過程當中，產生了不少非規定頻率範圍內的信號，即發生了雜散輻射，就像探照燈照到了旁邊的生活小區。

射頻發倍機發射了非本身頻率範圍的信號，就可能對其餘通訊系統形成干擾，就像工地的探照燈影響了旁邊小區居民休息同樣。

雜散輻射多是一些非線性元器件產牛的諧波份量、交調信號等。爲了防止一個系統的雜散輻射對其餘無線通訊系統形成干擾，須要提升系統的電磁兼容性能。在協議中都會規定這個系統的不一樣帶外頻率範圍的最大雜散輻射水平，規定的形式通常都楚在一個頻率範圍內單位帶寬最大容許的雜散輻射是多少dBm;

如協議上規定，WCDMA的發射機在150kHz〜30MHz範圍內每10kHz帶寬的雜散輻射不能超過-36dBm。

三、底噪

系統底噪Pn，就是一個小區空閒時的噪聲功率。任何用電設備都存在噪聲，這個噪聲主要來源是熱噪聲，其大小和開氏溫度、帶寬、設備的噪聲係數有關。系統底噪的公式爲：

Pn= 10lg(KTB) + NF = 10lg(KT) + 10lg(B) + NF = n0 + 10lg(B) + NF

其中：NF爲接收機的噪盧係數；K爲波爾茲曼常數；T爲絕對溫度；B爲信號帶寬。

前而講過，常溫下噪聲的功率譜密度n0是-174dBm/Hz,在WCDMA中帶寬是 3.84MHz,而在TD-SCDMA中帶寬B是1.28MHz。噪聲係數NF基站通常取5dB，手機取7dB。WCDMA和TD-SCDMA系統底噪參考值如表2-1所示。

四、接收靈敏度

(邏輯類比）豬八戒問孫悟空：「猴哥，我對高小姐那麼好，卻怎麼愈來愈難讓她高興了？」

孫悟空說：「你對她的好估計沒有達到她愛的接收靈敏度。」

豬八戒問：「什麼叫愛的接收靈敏度？」

孫悟空說道：「愛的接收靈敏度就是高小姐可以感受到高興的最小要求。」

豬八戒問：「這個靈敏度和什麼有關係呢？」

孫悟空說道：「和3個方面有關係。第一：基本生活保障（熱噪聲，最起碼的要求），好比說一天20元；

第二：環境係數（噪聲係數），就是高小姐周圍女人的費用高於基本生活保障的倍數，好比說3倍；

第三就是高小姐最小幸福感倍數（信噪比要求），即高小姐感受幸福要求最少應該比別人多獲得的倍數，好比說2倍。」如圖2-20所示。

豬八戒悟道：「也就是說高小姐愛的接收靈敏度應該這樣計算：

高小姐愛的月接收靈敏度=基本保障 / 天 x 天數 x 環境係數 x 高小姐幸福感係數=20 x 30 x 3 x 2=3600元。這是高小姐的最低要求。」

孫悟空道：「若是換成對數關係，即用dB表示，就能夠變成相加的關係， 即10lg (高 小姐愛的月接收靈敏度）=10lg (基本保障 /天 x 天數）+10lg (環境 係數）+10lg (高小姐幸福感係數）。」

**接收靈敏度就是接收機可以止確地把有用信號拿出來的最小信號接收功率。它和3個因素奮關係，即帶寬範圍內的熱噪聲、系統的噪聲係數、系統把有用信號拿出所須要的最小信噪比。**帶寬範圍內的熱噪聲通過接收機，這些噪聲被放大了NF倍，要想把有用信號從噪聲中拿出來，就必需要求有用信號比噪聲再大SNR倍。即：

S = 10lg(KTB) + NF + SNR = Pn + SNR (2-3)

其中：S爲接收靈敏度，單位是dBm ;

K爲波爾茲曼常數，單位是J/K; T爲絕對溫度，單位是K;

KT就是在當前溫度下每Hz的熱噪聲功率（相似於高小姐天天的基本保障）；

B表示信號帶寬，單位足Hz (相似於高小姐基本保障的計算週期爲一個月);

KTB表明帶寬範圍內的熱噪聲功率（相似於高小姐一個月的基本保障）；

NF表示系統的噪聲係數， 單位是dB (相似於環境係數）；

SNR表示解調所需信噪比，單位是dB (相似於高小姐的幸福感倍數）；

Pn表小系統底噪，單位是dBm。

從式（2-3)能夠看出，要想讓接收機「聽清楚」發射機「說的話」，信號電f強度必定要大於接收機的接收靈敏度S。固然接收靈敏度S越小，說明接收機的接收性能越好， 就像狗能聽到人類聽不到的微小聲音，說明狗的聽覺比人的靈敏度尚；接收靈敏度越大， 說明接收機的接收性能越差，就像有的老人耳聾，你須要用很大的聲咅說話，他才能聽到。

環境溫度升靈敏度S就會變化，接收性能就會惡化，所以要盡最下降系統所在環境的溫度。

帶寬越大，系統的噪聲係數越大，靈敏度S就會越大，接收性能也會惡化，這就要求在設計接收機的時候，要考慮到系統的帶寬、噪聲係數對靈敏度S的影響。

解調所需的最小信噪比越小越好，這樣能夠增長系統的接收性能。最小信噪比要求和移動臺的速度、所處的無線環境及所耍求的通訊質量有關，不一樣無線制式耍求不一樣， 同一無線線制式的不一樣業務也不相同。

五、雜散響應

(現象類比）道德法庭審判潘金蓮：「你爲何背叛本身的丈夫，走向萬劫不復？ 」（對雜散信號作出響應）

潘金蓮委屈地說：「奴家以爲西門大官人大帥了，太有財了！我無力抗拒。」 (雜散信號很強）

道德法庭繼續批判說：「社會上的誘惑那麼多，你都沒法抗拒麼？ 」（難道 你對雜散信號總要響應麼）

潘金蓮仍然很委屈地說：「自從結婚後，我對武大給個人一切愈來愈沒有感受，接收靈敏度愈來愈差，沒有任何幸福感，反而對外面的帥哥比較感興趣。」 (確實存在雜散響應）

道德法庭總結道：「也就是說一方面是外面的誘惑太大（雜散信號強），另 一方面是因爲你自己的抗誘惑能力不好（存在雜散響應）。」如圖2-21所示。

**雜散響應也稱寄生響應，就是在接收機中產生的，和接收到的有用信號頻率相近的、 系統沒法濾除的干擾信號。**無線環境中存在不少干擾信號，人多數能夠經過接收機的濾波器過濾掉，但有的接收機的抗雜散響應能力差，系統的後級濾波器是沒法濾掉接收機自己產生的雜散響應的，就像潘金蓮尤法抵抗西門慶的雜散誘惑，本身產生了雜散響應同樣。

從系統接收的角度看，系統工做的頻率範圍內沒有什麼干擾，似因爲環境的帶外干擾太大，且自己的抗雜散響應能力弱，就會引發系統接收性能變差。

六、什麼是駐波、行波、行駐波？

(現象類比）什麼叫行軍？行軍就是行動的軍隊、不斷向前的軍隊（相似行波）。從行軍道路的任一處看，經過的部隊人數不爲零。行動的軍隊忽然碰上了一條河，長官命令原地踏步。雖然每一個戰士都在本身的位置上踏步。可是從道路的某一處看，沒有人經過。咱們把再也不前進的軍隊稱爲駐軍（相似駐波）。長官發現不遠處有一個獨木橋，因而命令2我的原路返回向上級彙報地形，其餘人走向獨木橋，這時有人返回，有人繼續前進，但前進的人數明顯多 於返回的人數（相似行駐波）。

什麼是行波？

**行波就是行動的無線電波。**無線電波在空氣或者射頻器件中傳播時其，波形不斷向前推動，其能量隨波的傳播而不斷向前傳遞，傳播介質的任何一處，經過的平均能量不爲零，就像不斷前行的隊伍同樣。

駐波是駐波？

**駐波就是再也不繼續推動的無線電波，雖然電波上的任何一點都在上下震動，但波形沒有傳播出去，就像原地踏步的隊伍再也不前進同樣。**兩列波（如入射波與反射波）振幅和頻率相同、傳播方向相反，疊加後波形不向前推動，就足駐波。

無線電波的駐波你們不易看到，似海岸峭壁前常常能夠看到水的駐波。前進的水波因爲受到峭壁的限制，產生了反射水波，前進水波和反射水波疊加造成了水的駐波。水而做週期性升降，但並不向前傳播。

傳輸線在阻抗不匹配的狀況下，同時存在入射波和反射波，就像有前進、有返回的隊伍同樣。反射波的振幅小於入射波，入射波和反射波相疊加，造成的合成波叫行駐波。

**使用射頻傳輸線傳送無線電波的時候，咱們須要儘量多的電波能量傳送出去，**儘可能少的能量停留在傳輸線上，以避免形成過多的損耗。那麼咱們但願射頻傳輸線裏的無線電波最好是行波。但實際工程中，不會有這麼理想的狀況，射頻傳輸線裏的無線電波一 般都是接近行波的行駐波。駐波比、回波損耗等概念都是用來描述行駐波向前傳送能量和往回反射能量多少的指標。下面分別介紹。

七、什麼是駐波比、回波損耗？

(現象類比）軍隊的運輸線是用來傳送後勤補給的路線。若是後勤補給距離很近，在同一個村子裏，能夠很容易把補給送達目的地，不會有什麼損耗（傳輸線很短時，認爲是導線，沒有損耗）。但通常路線會很長，可能有各類各樣的影響，好比干旱致使蔬菜水分蒸發、下雨致使糧食發黴等（當傳輸線遠遠大於其波長時，就不能認爲沒有損耗了）。

射頻傳輸線是用來傳輸無線電波能量的導線，是射頻器件之間的鏈接器。天線和基站機頂門之間的士:要傳輸線，稱爲饋線（Feeder)。爲了匹配射頻器件（主要足基站和天線）的接入端口,鏈接在饋線和射頻器件端口之間幾米內的傳輸線，稱爲跳線（Jumper)。

對比一下：電風扇的電源線長1m,居民用電的工做頻率是50Hz,波長就是 6000km。這根傳輸線相對於波長是很是短的，能夠認爲線上各點的電壓和電流是相同的，等效爲電路中的一點，不須要考慮無線電波波動效應的影響，能夠認爲從電源到風扇是短路的。

但在無線通訊中，使用的是超高頻，也就是說無線信號的波長很短，3G無線制式的波長約爲0.15m，通常來講，傳輸線的長度比信號的波長大不少，線上各點的電壓和電流再也不相間，因此射頻傳輸線也叫長線傳輸線。常見的射頻傳輸線有平行線、同軸線等。

選擇傳輸線的時候要關注兩個指標：衡量匹配程度的特性阻抗和衡量幅度衰減、相位偏移的傳播常數。下面會重點介紹。

八、什麼是傳輸線的特性阻抗？

(現象類比）運輸線的糟糕路況（相似傳輸線裏的特性阻抗）會影響運輸車隊的速度，路越窄，路的阻礙做用越大（特性阻抗大，經過的無線電波能量就小）；路越寬、路況越好，經過的車隊速度越快（經過的無線電波能量越多）。倘若一段路況特別好，另外一段路況特別差，從路況好的路段進入差的路段，車隊就須要放慢速度。這就說明兩段路的路況不匹配（阻抗不匹配）。

特徵阻抗是射頻傳輸線影響無線電波電壓、電流的幅值和相位變化的固有特性，等於各處的電壓與電流的比值，用Z0表示。在射頻電路中，電阻、電容、電感都會阻礙交變電流的流動，合稱阻抗。電阻是吸取電磁能量的，理想電容和電感不消耗電磁能量。 阻抗合起來影響無線電波電壓、電流的幅值和相位。

同軸電纜的特性阻抗和導體內、外直徑大小及導休間介質的介電常數有關，而與工做頻率傳輸線所接的射頻器件以及傳輸線長短無關。也就是說，射頻傳輸線各處的電壓和電流的比值是一記的，特徵阻抗是不 變的。

目前無線通訊系統射頻器件有兩種特性阻抗，一種足50Ω,用於軍用微波、GSM、 WCDMA、LTE等系統；另外一種足75Ω,用於有線電視系統，通常應用較少。

九、什麼是阻抗匹配？

(匹配的類比）拳擊手在訓練的時候，使用的沙袋大重了，打起來很不溫馨；而過輕了，又感受沒有挑戰。只有沙袋重量適當，使用起來才感受順手。

再舉一個例子，個人母親是個勤勞的裁縫，一次叫我給她遞一下剪刀，我 把父親經常使用的剪刀遞給她，她立刻說：「你爸的右手剪刀我用着不順手，我是左撇子，把旁邊那把左手剪刀遞給我。」我才意識到，這兩把剪刀外形同樣， 卻有左右手之分。手和剪刀不匹配，用得就不舒服。

傳輸線和射頻器件相連的時候，要求兩者阻抗匹配。阻抗匹配就是在分界處只有入射波，沒有反射波；也就是傳輸線和射頻器件在無線電波傳送時如同沒有分界面同樣， 正如左手使用左手剪刀，雖然是兩個事物在一塊兒，感受上沒有任何不適。

那麼，什麼狀況下，阻抗匹配呢？傳輸線所接射頻器件的阻抗Z1等於傳輸線的特性阻抗Z0時，就是阻抗匹配了。匹配時，可以保證傳輸線的下一級射頻器件獲得所有的信號功率，而沒有損失。

在選擇射頻器件的時候，必定要看各器件的特徵阻抗是否匹配。衡量阻抗匹配程度 的參數有反射係數、回波損耗、反射損耗、駐波比、行波係數，等等，它們之間有必定 的關係，已知其中一個，可以推出其餘幾個。下面分別介紹。

十、什麼是反射係數？

(計算類比）高小姐跟八戒說：「你每個月掙的錢得交給我，我根據狀況返給你生活費。」八戒第一個月交給高小姐2000元（入射波），高小姐返給八戒 • 500元（反射波），75%都被高小姐留下了，返回比例是25%(相似於反射係數）。

電壓反射係數就是指反射波電壓和入射波電壓幅度之比，記爲廠。通過推導，電壓反射係數的計算公式爲：

當射頻器件和傳輸線阻抗匹配（即Z1=Z0時，廠=0,無線電波處於行波狀態， 沒有反射波；

在Z1=0或者Z1=∞的時候，廠=1，反射波和入射波電壓幅度徹底相N, 屬於全反射，無線電波處於駐波狀態。

通常狀況下，射頻器件的阻抗Z1介於上述兩種 條件之傳輸線上既有行波也有駐波，無線電波處於行駐波狀態，反射係數的範圍爲 0〜1。

在射頻器件安裝調試的時候，咱們但願器件的鏈接處儘可能沒有反射，即反射係數接 近0,這樣無線電波在器件的鏈接處就能夠所有傳送過去，沒有反射損耗。