无线数字收发电路设计

无线数字收发电路设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:电子工业出版社
作者:黄智伟
出品人:
页数:468
译者:
出版时间:2003-5-1
价格:42.00元
装帧:平装(无盘)
isbn号码:9787505386334
丛书系列:
图书标签:
  • 电路
  • 无线
  • 无线通信
  • 射频电路
  • 数字电路
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  • 嵌入式系统
  • 信号处理
  • 电子工程
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  • 无线电技术
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具体描述

现代通信系统中的信号处理与关键技术 本书旨在深入探讨现代通信系统中,尤其是在高速率、高可靠性需求下,信号处理技术从理论基础到具体实现的各个关键环节。它聚焦于如何通过精巧的数字和模拟电路设计,实现高效可靠的信号采集、传输、解调与优化。 本书的受众对象是电子工程、通信工程、信号处理等相关专业的高年级本科生、研究生,以及在射频电路设计、基带处理、系统集成等领域工作的工程师。它不侧重于无线电波的传播特性或具体的调制编码方案(如OFDM的底层数学推导),而是将视角聚焦于“如何高效地实现这些理论所要求的功能”。 全书结构围绕信号流展开,从模数转换的精度要求,到数字基带处理的硬件加速,再到最终的系统集成与性能评估,构建了一个完整的技术脉络。 --- 第一部分:高精度信号采集与前端处理 本部分着重于模拟信号如何被精确地数字化,以及在进入数字领域前需要完成的滤波与放大任务。这部分是后续所有数字处理的基础,其噪声和失真会直接累积并影响最终的通信质量。 第一章:宽带信号的采样理论与实践 本章深入分析了奈奎斯特采样定理在实际非理想系统中的应用局限。重点讨论了欠采样技术(Undersampling)在超高频信号接收中的必要性,以及如何通过混频器(Mixer)的非线性特性来有效利用中频(IF)或零中频(Zero-IF)架构。 抗混叠滤波器的设计考量: 详细探讨了有源与无源抗混叠滤波器的设计权衡,包括低通滤波器的阶数选择、通带纹波控制以及在不同工作频率下的器件选型(如FET与BJT的噪声匹配)。 采样保持电路的时序控制: 分析了时钟抖动(Jitter)对量化误差的直接影响。设计了用于Jitter分析和补偿的时序裕度计算方法,并对比了前馈和反馈式时钟恢复(CDR)电路在抑制周期抖动上的优劣。 第二章:高性能模数转换器(ADC)架构选择与优化 本章是本书的核心硬件实现章节之一,侧重于ADC的选择标准、架构分析以及针对特定通信场景的优化技术。 ADC架构深度剖析: 详细对比了闪式(Flash)、流水线(Pipeline)、逐次逼近寄存器(SAR)以及Sigma-Delta(ΣΔ)转换器的适用场景。对于SAR ADC,重点讲解了其开关电容网络的设计与电荷注入效应的抑制。 动态范围与有效位数(ENOB)的工程实现: 不仅停留在理论公式,更侧重于如何通过优化参考电压的稳定性、减小数字码间干扰(Dithering)以及校准技术(如查找表校正)来最大化ADC的实际信噪比(SNR)。 低功耗设计技巧: 针对便携式或大规模阵列应用,探讨了降低ADC功耗的关键点,包括时钟频率的自适应调整和利用量化噪声整形(Noise Shaping)技术在牺牲部分动态范围换取功耗降低时的可行性。 --- 第二部分:数字基带处理的硬件加速 本部分关注于将已数字化的信号流,如何通过定制化的硬件逻辑(如FPGA或ASIC)进行高速运算,以实现信道编码、均衡、同步等复杂的算法。 第三章:高速数字滤波与频率合成 本章探讨了数字信号处理链中至关重要的滤波环节,特别是FIR和IIR滤波器的硬件资源优化。 硬件友好型滤波器设计: 讨论了如何将无限脉冲响应(IIR)滤波器转化为定点运算友好的结构,并详细分析了定点运算带来的溢出和截断误差对滤波器性能的影响及缓解措施。 快速傅里叶变换(FFT/IFFT)的资源优化: 针对OFDM等技术对FFT的依赖性,本章讲解了蝶形运算(Butterfly Operation)的流水线设计、内存访问模式优化(如旋转因子存储的缓存策略),以及如何利用分布式运算单元来减少延迟和功耗。 第四章:数字同步与信道估计的硬件实现 通信系统的鲁棒性严重依赖于准确的载波频率同步、定时同步以及信道状态信息(CSI)的获取。本章关注这些算法的硬件加速路径。 载波恢复与相位锁定: 详细解析了Costas环路和Gardner定时提取算法在FPGA中的并行化实现。重点在于如何设计高效的查找表和CORDIC算法的迭代次数,以在满足相位噪声容限的同时,提高环路的锁定速度。 信道均衡器的流水线设计: 针对信道脉冲响应(CIR)的快速收敛,探讨了迫零(ZF)均衡器和最小均方误差(MMSE)均衡器的迭代求解过程在硬件中的高效映射,特别是矩阵求逆操作的近似算法选择。 --- 第三部分:系统集成与性能验证 本部分将前两部分的理论与实践相结合,探讨如何将独立的模块整合成一个可工作的系统,并对其进行严谨的性能评估。 第五章:混合信号接口与隔离技术 在高速系统中,模拟与数字部分的紧密耦合带来了严重的串扰问题。本章聚焦于物理层面的隔离和接口优化。 电源完整性(PI)与地弹控制: 深入分析了高速ADC的时钟输入路径和数字I/O翻转对模拟参考电压的污染机制。提出了多层PCB设计中的关键电源去耦策略,以及超低噪声线性稳压器(LDO)的选择标准。 串扰分析与屏蔽: 讨论了电磁兼容性(EMC)测试中的常见问题,并展示了如何通过精确的阻抗匹配、差分走线设计和金属屏蔽罩的接地设计来最小化时钟泄漏和数字开关噪声对敏感模拟电路的影响。 第六章:系统级测试与指标评估 一个设计的成功不仅在于理论上的满足,更在于实际测试中的指标表现。本章介绍了先进的系统级性能评估方法。 误码率(BER)测试平台的构建: 描述了如何搭建高精度、高吞吐量的BER测试环境,包括伪随机码(PRBS)的生成与校验,以及误码计数器的设计。 误差矢量幅度(EVM)的精确测量: 详细阐述了EVM测量的关键步骤,包括正确的载波恢复、时钟定时同步、以及如何针对不同调制格式(如QAM)进行星座图的畸变分析,并提供了从测量数据到系统级性能损失的量化分析流程。 --- 总结: 本书并非一本关于特定通信协议(如5G NR或Wi-Fi 6)的“应用手册”,而是深入到实现这些协议所必需的底层信号路径、精密电路设计和高速数字逻辑构建的“工具书”。它致力于弥合通信理论模型与实际硬件性能之间的鸿沟,为读者提供了一套坚实的、可落地的硬件实现思维框架。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的语言风格非常独特,它既有学术论文的严谨性,又不失工程师的务实和幽默感。作者在讲解一些复杂的概念时,常常会用一些生动的比喻或者形象的例子,让原本枯燥的理论变得易于理解。我最喜欢的部分是关于天线和传播特性的章节。它并没有仅仅给出一些公式,而是从物理原理出发,解释了天线是如何工作的,以及各种天线类型(如偶极子天线、单极子天线、贴片天线等)的优缺点。作者还深入探讨了电磁波的传播特性,包括直射、反射、散射、衍射等现象,以及它们对无线信号传输的影响。书中还非常详细地讲解了路径损耗模型、衰落模型等,以及如何根据实际应用场景来选择合适的天线和进行系统设计。我之前在设计一款室外无线通信设备时,就遇到了信号覆盖范围不足的问题。翻阅了这本书之后,我才意识到天线的设计和放置位置至关重要,并且对传播环境的理解也存在盲区。作者还提到了 MIMO(多输入多输出)技术,以及如何利用多根天线来提高通信的可靠性和数据速率。总而言之,这本书在天线和传播方面的内容,让我对无线通信的物理基础有了更深刻的认识。

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这本书的另一个亮点在于它对测试和调试方法的深入讲解。很多技术书籍都只关注设计本身,而忽略了如何验证和调试设计。而《无线数字收发电路设计》这本书,则非常重视这一环节。我最喜欢的部分是关于射频信号测试和测量技术的章节。它详细讲解了各种常用的射频测试仪器,如频谱分析仪、信号发生器、矢量网络分析仪(VNA)等的工作原理和使用方法。作者还给出了很多实用的测试技巧,比如如何准确测量接收灵敏度、发射功率、频率误差、相位噪声等关键参数。书中还非常详细地讲解了如何利用示波器和逻辑分析仪来调试数字部分,以及如何进行数字信号的眼图分析。我之前在调试一款射频模块时,就遇到了很多困难,不知道从何入手。翻阅了这本书之后,我才意识到很多问题都可以通过细致的测量和分析来定位。作者还强调了“自顶向下”的调试策略,即从系统级的问题出发,逐步缩小范围,定位到具体的模块或器件。这让我觉得,这本书不仅仅是一本设计指南,更是一本能够帮助我解决实际问题的“工具箱”。

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这本书对于我来说,更像是一本“成长手册”,它不仅教授了知识,更重要的是培养了我的设计思维。作者在讲解每一个设计环节时,都会引导我去思考“为什么”,而不是仅仅告诉我“怎么做”。我最喜欢的部分是关于系统级设计和架构选择的章节。它并没有直接给出某个具体的电路实现,而是首先从整体需求出发,分析了不同架构的优劣势,以及它们对功耗、性能、成本等方面的权衡。比如,在讨论接收机架构时,它详细对比了零中频(Zero-IF)、低中频(Low-IF)和超外差(Superheterodyne)接收机的优缺点,以及它们在不同应用场景下的适用性。作者还非常深入地探讨了数字上变频/下变频(DUC/DDC)在现代通信系统中的作用,以及如何通过数字化的方式来简化模拟前端的设计,提高系统的灵活性和可重构性。书中还涉及了很多关于软件无线电(SDR)的概念,以及如何通过软件来灵活地实现各种通信协议和算法。这让我意识到,现代无线通信的设计,已经不再是纯粹的硬件设计,而是软硬件协同设计的一个复杂系统。这本书让我从一个“电路工程师”的视角,扩展到了一个“系统工程师”的视角。

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我本来以为这是一本比较偏向于理论的书,结果发现它更像一本“实战手册”。作者在讲解每一个概念的时候,都会紧密结合实际的电路设计和应用场景,这让我受益匪浅。我最喜欢的部分是关于功耗优化和低功耗设计策略的章节。在无线通信领域,功耗往往是决定产品成败的关键因素之一。这本书详细分析了无线收发电路中主要的功耗来源,比如ADC/DAC的采样率、数字逻辑的翻转率、射频前端的功率放大器等等。作者不仅给出了功耗预算的估算方法,还提供了多种降低功耗的有效手段。比如,在ADC/DAC设计方面,它讲解了如何通过降低采样率、使用更低的精度、选择更省电的架构(如SAR ADC、Sigma-Delta ADC)来优化功耗。在数字部分,它提到了时钟门控、动态电压频率调整(DVFS)、以及如何通过优化算法和硬件结构来减少不必要的计算和翻转。最让我惊喜的是,它还讨论了在射频前端如何进行功耗管理,比如如何智能地调整PA的输出功率,以及如何优化锁相环(PLL)的功耗。这本书让我意识到,低功耗设计并非仅仅是选择低功耗器件,更重要的是在系统层面进行整体的优化和权衡。

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这本书给我的感觉是,它真的把“细节”做到了极致。我之前读过的很多书,可能只关注了核心的原理,但对于一些看似不起眼的小细节,却一带而过。而《无线数字收发电路设计》这本书,则把这些细节都拎了出来,并且进行了深入的讲解。我最喜欢的部分是关于PCB布局布线和信号完整性(SI)的章节。在高速数字电路和射频电路设计中,PCB的布局布线往往是决定电路性能的关键。作者详细讲解了各种常见的PCB设计规则,比如差分信号的布线、电源和地线的处理、晶振和敏感器件的隔离等等。它还深入分析了阻抗匹配、串扰、反射、地弹等信号完整性问题,并且给出了相应的解决方案。书中还非常详细地讲解了如何利用仿真工具(如ADS、HyperLynx)来分析PCB布局布线对信号完整性的影响,以及如何进行优化。我之前在设计一个高速数据接口时,就遇到了信号失真严重的问题,无论怎么调整器件,效果都不理想。翻阅了这本书之后,我才意识到很多问题是由于PCB布局布线不当引起的,比如电源和地线的去耦不足,高速信号线和时钟线之间的串扰等等。这本书让我深刻体会到,一个看似简单的PCB板,背后蕴含着如此多的工程智慧。

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这本书最让我感到惊艳的是它在模拟前端设计方面的深度和广度。虽然书名是“无线数字收发电路设计”,但它并没有忽视模拟前端的关键作用。我最喜欢的部分是关于混频器、低噪声放大器(LNA)和功率放大器(PA)的设计。作者不仅讲解了这些器件的基本工作原理,还深入分析了它们在实际电路中是如何工作的,以及如何进行优化。比如,在讲解混频器时,它详细分析了各种混频器的拓扑结构(如Gilbert cell),以及它们在噪声、隔离度、线性度等方面的表现。在LNA设计方面,它不仅讲解了如何进行噪声系数的匹配,还讨论了如何优化增益和稳定性。最让我受益匪浅的是关于PA设计的部分,它详细分析了不同类型的PA(如Class A, B, C, D, E, F等)的工作原理和效率,以及如何进行阻抗变换和匹配来最大化输出功率。作者还非常深入地探讨了PA的非线性问题,以及如何通过数字预失真(DPD)等技术来补偿这种非线性。这本书让我明白,一个高性能的无线收发系统,其模拟前端的设计是至关重要的,它直接决定了系统的整体性能。

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这本书的结构安排非常合理,从基础概念到高级应用,层层递进,循序渐进。我最欣赏的是它在讲解数字信号处理(DSP)部分时的严谨性。它并没有仅仅停留在FFT(快速傅里叶变换)的应用层面,而是深入剖析了FFT的原理,包括蝶形运算、基-2 DIT/DIF算法,以及如何在有限字长条件下进行实现,从而避免量化误差的影响。作者还非常细致地讲解了数字滤波器(FIR和IIR)的设计和实现,包括窗函数法、频率采样法等多种设计方法,并且详细分析了它们在不同应用场景下的优劣。我之前在做一款音频处理系统时,就遇到了滤波器设计的问题,总是达不到预期的性能指标。读了这本书之后,我才意识到很多细节之处需要注意,比如滤波器的阶数选择、系数的精度、以及如何在硬件上高效地实现这些算法。书中还特别强调了DSP在无线通信中的重要性,比如在OFDM(正交频分复用)系统中,FFT和IFFT是核心,而高效的DSP实现则直接关系到系统的性能。作者还给出了很多实际的设计建议,比如如何选择合适的DSP处理器,如何进行指令集优化,以及如何进行流水线设计来提高处理速度。总而言之,这本书对于那些想要深入理解DSP在无线通信中应用的读者来说,是一本不可多得的宝典。

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这本书我断断续续也读了快一个月了,实在是很想写点什么,但又不知道从何说起。首先,它绝对不是那种可以让你一口气读完的“快餐书”。里面的内容,尤其是一些涉及理论推导和原理分析的部分,需要你非常专注,甚至需要时不时地停下来,拿出笔和纸,跟着作者的思路重新演算一遍。我之前一直以为自己对数字信号处理和通信原理有一些基础,但读到这本书关于混叠效应和采样定理在实际电路设计中如何转化为具体参数时,还是卡住了好几次。作者并没有简单地给出公式,而是非常细致地解释了每一步的物理意义,以及这些参数对最终接收信号的质量会产生什么样的影响。比如,在讲解抗混叠滤波器的设计时,它不仅给出了Butterworth、Chebyshev等几种不同类型的滤波器在通带和阻带的特性曲线,还深入分析了它们的优缺点,以及在低功耗、高精度等不同应用场景下的选型考量。最让我印象深刻的是,作者还举了一个实际的例子,说明了如果滤波器设计不当,在高速数据传输中会出现多么严重的码间串扰(ISI),这一下就把理论知识和我日常遇到的实际问题联系起来了。而且,这本书的语言风格也很有意思,有时候严谨得像一篇学术论文,有时候又带着点工程师特有的那种直观和务实,让你感觉作者就像一位经验丰富的老前辈在手把手地教你。当然,对于我这种初学者来说,有些地方还是有点挑战,尤其是看到涉及到FPGA实现的部分,比如CORDIC算法在DDS(直接数字合成)中的应用,虽然作者给出了详细的流程图和伪代码,但我还是需要花时间去熟悉相关的HDL语言和FPGA开发工具。不过,整体来说,这本书的深度和广度都让我觉得物超所值,绝对是我这些年读过的最扎实的一本相关领域书籍之一。

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这本书给我的整体感觉是,它真的把“设计”这两个字落到了实处。很多市面上相关的书籍,要么过于偏重理论,要么就只给出一些简单的原理框图,到了实际设计的时候,感觉还是不知道从何下手。但《无线数字收发电路设计》这本书,真的能够指导你完成一个从概念到实现的整个过程。它不仅仅告诉你“是什么”,更重要的是告诉你“怎么做”。我最喜欢的部分是关于阻抗匹配和射频前端设计的章节。它详细讲解了史密斯圆图的使用方法,以及如何在PCB设计中考虑走线的阻抗控制,如何选择合适的匹配元件来最大化信号的传输效率,减少反射。书中还提到了多种不同应用场景下的匹配策略,比如在宽带应用中,需要考虑如何权衡匹配的带宽和插入损耗。作者还非常接地气地列举了一些在实际生产中容易遇到的问题,比如PCB板材的介电常数变化、焊盘的影响、寄生参数的考虑等等,并且给出了相应的解决方案。我之前在设计一个小功率的RF模块时,就遇到了信号增益不高、噪声系数较大的问题,翻阅这本书后,我才意识到很多细节没有做到位,比如耦合电容的选型、去耦电容的布局等等。书里关于噪声分析的部分也特别到位,它不仅讲解了噪声的来源,还教你如何计算整个链路的总噪声系数,以及如何通过优化器件选择和电路拓扑来降低噪声。这本书让我明白了,RF电路的设计,很多时候就是在和各种“不完美”做斗争,而这本书则给了我一套非常有用的“武器”和“战术”。

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我本来是带着一种“大概了解一下”的心态来翻这本书的,结果完全被它吸引住了。它不像那种枯燥的技术手册,反而读起来有一种“故事性”,作者通过讲述一个个具体的电路设计案例,把复杂的理论知识变得生动起来。我印象最深的是关于数字调制解调的章节。它从最基础的ASK、FSK讲起,然后逐渐深入到PSK、QAM,并且详细解释了每一种调制方式背后的数学原理以及它在实际电路中是如何实现的。比如,在讲解QAM时,作者并没有停留在星座图的层面,而是详细分析了IQ调制器的设计,包括如何生成正交载波,如何将基带信号和载波进行相乘,以及如何进行解调。他甚至还讨论了不同QAM阶数(如4-QAM, 16-QAM, 64-QAM)对带宽和信噪比的要求,以及在实际应用中如何进行权衡。而且,书中还穿插了很多关于FPGA在数字信号处理中的应用,比如如何用Verilog/VHDL实现CORDIC算法进行相位计算,如何用查找表(LUT)实现复杂的数字滤波器等等。这对我来说非常有启发,因为我之前一直觉得FPGA离我有点远,但这本书让我看到,原来很多先进的通信算法都可以通过FPGA来实现,而且实现效率很高。作者还鼓励读者动手实践,甚至给出了一些开源的参考设计和仿真模型,这对于想要深入学习的读者来说,绝对是一个巨大的福利。这本书让我觉得,无线通信的设计,不仅仅是理论的堆砌,更是一种工程艺术。

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