通信接收機原理與設計(第4版)（簡體書）

接收機是通信系統的核心設備。本書主要介紹了通信接收機的主要功能部件、接收機系統設計以及性能折中。全書包括：接收機系統結構、信號與調製技術、射頻級、射頻混頻器、窄帶接收機、數字化接收機、採樣與模數轉換器、數字濾波器、數模轉換器、直接數字轉換器、擴頻技術、干擾DSSS接收機、干擾FHSS接收機、干擾THSS接收機等。

Ulrich L. Rohde，教授、有教學資格的工學博士，墨尼黑Rohde&Schwarz公司合夥人，新澤西帕特森Synergy微波公司總裁。其業務領域為微波CAD技術和微波器件研發與製造。他尤為感興趣的領域為低噪聲高線性微波晶體振盪器、放大器和有源天線。他出版了6本專著，發表了100多篇經同行評議的論文，擁有約50項專利，得到過眾多國際獎項。

譯 者 序
在當今的信息化時代，通信無時無處不在，與每個人都息息相關，深刻影響著社會、經濟、生活、軍事等方方面面。由於微電子、通信、計算機等技術的發展日新月異，軟件無線電、認知、人工智能等技術的廣泛採用，通信系統的網絡帶寬越來越寬，通信速率不斷提高，通信體制更加靈活高效。
由於無線電通信不需要電纜、光纖等有線傳輸介質，可利用空間電磁波信號來實現信息傳遞，其靈活性、機動性、便捷性、可達性等性能優越，而成為民用、商業和軍事領域不可或缺的重要通信方式。在軍事應用中，由於部隊作戰地域廣、機動性強、多平臺協同、信息傳輸量大等特點，迅速、準確、安全、順暢的無線電通信更是取得戰場勝利的重要保證。然而，無線電通信由於受地理環境、運載平臺、使用場景、電磁環境等的影響巨大，對無線電波形、收發體制、無線信道選擇等的要求更高。一些傳輸問題的產生、解決與通信信號的接收、發射部分都密切相關，但與接收的關係更大，接收機的設計也比發射機的設計難度更大些。
《通信接收機原理與設計》一書首次出版於20世紀80年代，包含了作者諸多的研究成果和實踐經驗，並伴隨著技術的發展，與時俱進、不斷完善，在本書（第4版）中更是增加了軟件無線電原理及其應用等相關內容。本書對通信接收機進行了具體翔實的討論，涵蓋了接收機架構、天線、混頻器、頻率源、自動增益控制、靜噪自動頻率控制、接收機指標與測試、軟件無線電原理與技術、基於軟件無線電技術的收發信機實現等，內容廣泛深入、娓娓道來，並給出了許多應用實例。本書可作為從事無線電通信、通信電子戰、頻譜管理等行業廣大工程技術人員和研發人員的重要參考資料。本書的翻譯過程對譯者而言既是對一些新知識和新技術應用的學習，也是對以往所學知識的重新回顧和再梳理，受益匪淺。
本書共11章，第1章對無線電通信系統的基礎知識進行了介紹；第2章討論了無線信道的特性和接收機的主要參數；第3章對接收機的架構以及接收機的線性、選擇性、頻率穩定度等要求與實現進行了討論；第4章討論了接收機的系統仿真和數字化實現，並介紹了擴頻技術；第5章對軟件無線電原理與技術進行了深入分析和討論；第6章討論了基於軟件無線電的通信收發信機的設計；第7章介紹了多種單元天線及陣列天線，並介紹了自適應接收處理技術；第8章對各種混頻器進行了討論；第9章討論了頻率源的設計及實現案例；第10章分析討論了放大器、解調器電路以及限幅、靜噪、自動頻率控制等接收機輔助電路；第11章討論了接收機各種指標的測試方法。
本書的第1章由李新付翻譯；張東坡翻譯了第2章；鄭仕鏈翻譯了第3章；第6、8章由陳仕川翻譯；郭玉春翻譯了第7章；葉寶盛翻譯了第9章；第10章由章軍翻譯；金大元翻譯了第11章，其餘章節由樓才義和王建濤翻譯。樓才義和王建濤負責對全書的統稿，楊小牛院士對全書進行了仔細的審校。電子工業出版社竺南直博士為本書的出版付出了辛勤的勞動，給出了許多很好的意見和建議，在此表示誠摯的感謝。
未覺池塘春草夢，階前梧桐已秋聲。由於本書篇幅較大及譯者工作的原因，本書的翻譯經歷了一年多的時間。受制于譯者的技術水平和翻譯水平，對書中的有些術語難免把握不准，譯著中肯定會存在各種錯誤，敬請讀者批評指正。

譯者于嘉興
2018年9月

第1章 基礎無線電討論 1
1.1 引言 1
1.1.1 軟件定義無線電（SDR）的定義 3
1.2 無線電系統的新領域 3
1.2.1 5G基本原理 4
1.2.2 展望未來 8
1.3 無線電通信系統 8
1.3.1 無線電傳輸與噪聲 13
1.4 調製 16
1.4.1 模擬調製 18
1.4.2 數字信號的調製 23
1.5 數字信號處理 32
1.5.1 模-數（A/D）轉換 33
1.5.2 數-模（D/A）轉換 35
1.5.3 轉換器的性能標準 37
1.5.4 信號的序列處理 38
1.5.5 數字濾波器 42
1.5.6 非線性處理 47
1.5.7 抽取和內插 49
1.5.8 DSP硬件和開發工具 51
1.6 無線電接收機架構 52
1.6.1 超再生接收機 53
1.7 典型的無線電接收機 58
1.7.1 模擬接收機設計 58
1.7.2 混合模式的MFSK通信系統 60
1.7.3 PLL的CAD模擬 63
1.7.4 軟件定義無線電系統 65
1.7.5 設計示例：EB500監測接收機 75
1.8 參考資料 76
1.9 參考書目 78
1.10 建議擴展閱讀 81
第2章 無線電接收機特性 82
2.1 引言 82
2.2 無線電信道 82
2.2.1 信道衝激響應 84
2.2.2 多普勒效應 88
2.2.3 轉移函數 89
2.2.4 信道衝激響應與轉移函數 90
2.3 無線電系統的實現 91
2.3.1 輸入特性 92
2.3.2 增益、靈敏度和噪聲係數 92
2.4 選擇性 97
2.5 動態範圍 98
2.5.1 降敏 99
2.5.2 AM交叉調製 100
2.5.3 IM 100
2.6 倒易混頻 102
2.6.1 相位誤差 106
2.6.2 誤差向量幅度 106
2.7 虛假輸出 108
2.8 增益控制 109
2.9 BFO 112
2.10 輸出特性 112
2.10.1 基帶響應與噪聲 112
2.10.2 諧波失真 113
2.10.3 互調失真 114
2.10.4 瞬態響應 114
2.11 頻率精度和穩定度 114
2.12 頻率穩定時間 116
2.13 電磁干擾 118
2.14 數字接收機特性 119
2.14.1 誤碼率（BER）測試 119
2.14.2 發射和接收質量 120
2.15 參考文獻 122
2.16 參考書目 122
第3章 接收機系統規劃 123
3.1 接收機電平規劃 123
3.2 NF計算 125
3.2.1 級聯電路的噪聲係數 126
3.3 使用相關矩陣的線性兩端電路的噪聲相關性 127
3.3.1 噪聲係數測試設備 131
3.3.2 如何確定噪聲參數 132
3.4 線性 133
3.4.1 動態範圍、壓縮和IMO 133
3.4.2 分析 137
3.5 IF計算 144
3.5.1 NF和IP計算示例 146
3.6 雜散響應位置 146
3.6.1 D-H跡線 151
3.7 選擇性 153
3.7.1 單調諧電路 153
3.7.2 耦合諧振對 154
3.8 複雜濾波器特性 156
3.8.1 巴特沃斯選擇性 156
3.8.2 切比雪夫選擇性 158
3.8.3 湯普森或貝塞爾選擇性 159
3.8.4 等紋波線性相位 160
3.8.5 過渡濾波器 161
3.8.6 橢圓濾波器 162
3.8.7 特殊設計和相位均衡 162
3.9 濾波器設計實現 163
3.9.1 LC濾波器 163
3.9.2 電諧振器 163
3.9.3 機電濾波器 166
3.9.4 石英晶體諧振器 166
3.9.5 單片晶體濾波器 166
3.9.6 陶瓷濾波器 166
3.10 時間採樣濾波器 167
3.10.1 離散傅裡葉變換和z變換 168
3.10.2 離散時間採樣濾波器 169
3.10.3 模擬採樣濾波器實現 170
3.11 數字處理濾波器 172
3.12 頻率跟蹤 175
3.13 IF和鏡像頻率抑制 179
3.14 電子調諧濾波器 180
3.14.1 二極管性能 180
3.14.2 VHF示例 182
3.15 參考文獻 183
3.16 建議擴展閱讀 185
第4章 接收機的實現 186
4.1 引言 186
4.2 接收機功能的數字化實現 186
4.2.1 數字接收機設計技術 191
4.2.2 噪聲計算 196
4.2.3 噪聲消除 197
4.2.4 譜減法（Spectral Subtraction） 199
4.3 擴頻技術 199
4.3.1 基本原理 200
4.3.2 跳頻接收機 204
4.3.3 直接序列擴頻接收機 206
4.3.4 性能 209
4.4 系統性能仿真 209
4.4.1 頻譜占用度（Spectrum Occupancy） 210
4.4.2 網絡響應 212
4.4.3 媒質預測（Medium Prediction） 214
4.4.4 系統仿真 215
4.4.5 HF媒質模擬 216
4.4.6 簡單仿真 219
4.4.7 仿真應用 223
4.5 參考文獻 223
4.6 參考書目 226
4.7 建議擴展閱讀 226
第5章 軟件定義無線電原理與技術 227
5.1 引言 227
5.1.1 軟件定義無線電的一般概念 227
5.1.2 組成部分（模擬單元、DSP、FPGA） 228
5.1.3 關於DSP 229
5.2 RF前端結構 230
5.2.1 超外差接收機 230
5.2.2 直接變頻接收機 232
5.2.3 數字化中頻接收機設計 233
5.2.4 直接採樣接收機 233
5.2.5 寬帶接收機設計 236
5.2.6 多載波接收機設計 237
5.3 射頻前端設計考慮 239
5.3.1 接收機鏈路預算 239
5.3.2 模數轉換器 240
5.3.3 動態範圍 245
5.3.4 鏡像抑制 247
5.3.5 RF預選 249
5.4 數字前端實現 250
5.4.1 數字下變頻 250
5.4.2 數控振盪器 251
5.4.3 抽取和信道濾波 253
5.4.4 自動增益控制 263
5.4.5 IQ失配消除 264
5.5 基帶處理 265
5.5.1 解調（AM/PM） 265
5.5.2 同步――頻率偏移和採樣頻率偏移的校正 266
5.5.3 音頻處理的自動增益控制 267
5.5.4 噪聲抑制器 269
5.5.5 S儀 270
5.6 SDR實現示例 270
5.7 參考資料 272
5.8 參考書目 273
5.9 文獻 273
5.10 建議擴展閱讀 274
第6章 SDR收發信機設計 275
6.1 引言 275
6.2 體系結構 275
6.2.1 I/Q調製器 276
6.2.2 自適應發射機預失真 278
6.2.3 功率增強技術 285
6.3 收發信機的實現示例 286
6.3.1 AD9364射頻收發器 287
6.3.2 收發系統實現 290
6.4 參考文獻 291
6.5 建議擴展閱讀 291
第7章 天線與天線系統 292
7.1 引言 292
7.1.1 基本原理 292
7.2 天線耦合網絡 297
7.3 天線到調諧電路的耦合 299
7.4 小天線 300
7.4.1 鞭天線 301
7.4.2 環形天線 302
7.5 多單元天線 308
7.5.1 對數週期天線 308
7.5.2 八木宇田天線 308
7.5.3 反射天線 309
7.5.4 陣列天線 309
7.5.5 相控陣天線系統 309
7.6 有源天線 310
7.6.1 應用討論 311
7.7 分集接收 318
7.8 自適應接收處理 324
7.8.1 自適應天線處理 325
7.8.2 自適應均衡器 330
7.8.3 時間選通均衡器 333
7.8.4 鏈路質量分析 337
7.8.5 自動鏈路估計 338
7.9 參考資料 339
7.10 參考書目 340
7.11 建議擴展閱讀 341
第8章 混頻器 342
8.1 引言 342
8.1.1 關鍵術語 343
8.2 無源混頻器 345
8.3 有源混頻器 352
8.4 開關混頻器 355
8.5 基於IC的混頻器 357
8.5.1 吉爾伯特單元混頻器 359
8.5.2 吉爾伯特單元性能分析 361
8.6 寬動態範圍轉換器 365
8.6.1 處理增益 367
8.7 混頻器設計注意事項 367
8.7.1 混頻器實現示例 370
8.8 參考資料 372
8.9 建議擴展閱讀 374
8.10 產品資源 375
第9章 頻率源和頻率源控制 376
9.1 引言 376
9.1.1 主要術語 377
9.2 鎖相環頻率合成器 378
9.2.1 2型2階環 380
9.2.2 使用三態鑒相器的數字環路瞬態行為 383
9.2.3 實際的PLL電路 393
9.2.4 小數分頻頻率合成器 394
9.2.5 雜散抑制技術 396
9.2.6 頻率合成器中的噪聲 401
9.2.7 實際離散元件舉例 408
9.3 鎖相環系統的噪聲與性能分析 417
9.3.1 設計步驟 41