USRP-RIO 使用的射頻架構是什麼?

更新 Jan 2, 2025

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問題敘述

我有台USRP-RIO,想知道USRP-RIO的RF架構 (RF訊號傳輸和接收)。

解決方案

您可透過查看 USRP-RIO RF Block Diagram 來了解您正在使用哪種 RF 架構。例如,請參考下面的 USRP-2943 RF block diagram。

圖 1. USRP-2943 RF Block Diagram


從RF連線埠到主機僅使用一台混頻器。因此,本USRP採用homodyne structure 。

然而並非所有 USRP 都採用這種結構。例如 USRP-2945,RF Block Diagram 上可以看到有一個 IF 級。因此,本產品採用heterodyne structure (外差結構)。請參見下面的 RF Block Diagram。 

圖 2. USRP-2945 RF Block Diagram


首先,請熟悉射頻架構的概念,然後查看您所使用的USRP產品的 RF Block Diagram。

相關資訊

射頻訊號的發送和接收主要有兩種架構:heterodyne (外差式)和 homodyne (零差式)。
在射頻系統中,接收器需要比發射器更複雜的結構,所以我們來看看接收器。
這兩種方法的目標都是將 RF 訊號轉換為基頻 IQ 訊號。

1. 外差式接收機
一般超外差接收機的結構如下圖3所示。其中 w 是角頻率。根據以下等式包括混頻器的頻率。

Angular Frequency (w) = 2 * pi *Oscillator's Frequency  (f)
圖 3. 超外差結構


有一個稱為 IF 的級,它在一種頻帶轉換中充當緩衝器。經過此過程後,IF帶訊號被傳遞到IQ解調器電路並解調為IQ訊號。

在超外差接收器中,它具有一個或多個射頻下變頻器電路。如果中頻訊號級多於兩級,有時稱為超外差接收機。在 IF 級之間需要使用 BPF,因為必須消除來自混頻器的非預期 RF 訊號。

2. Homodyne  零差接收器
在零差接收器中,射頻級不需要任何混頻器。調變後的射頻訊號直接應用於 I/Q 解調器,該解調器以零中頻輸出基帶訊號(I 和 Q)。因此,該方法可稱為direct conversion (直接轉換法)或zero IF (零中頻法)。電路結構比超外差接收器簡單。見下圖。 

圖 4. 零差結構


下表提供了外差和零差模式的簡單比較。所以,你可以看看哪種結構在某些方面更有優勢。

射頻電路架構外差式(包括超外差式)零差(或直接轉換)
中頻 (IF)沒有
過濾器選擇性更好
系統靈敏度更好
系統穩定性更好
電路Module可重複使用性更好
電路物理尺寸更好
元件價格更好
能量消耗更好


由於這兩種架構彼此之間處於權衡關係,因此所應用的架構取決於您想要使用 RF 接收器的應用程式。由於功耗和價格的原因,直接轉換主要用於移動通訊終端和無線局域網。特別是近年來,已經引入了一些技術來彌補零差的缺點(例如LO Leakage 洩漏),因此這種架構得到了廣泛的應用。然而,使用中頻的外差結構仍然用於需要更穩定效能的應用中。