TD-SCDMA技術(shù)特點(diǎn)
第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)主要有三個(gè):TD-SCDMA、WCDMA FDD、CDMA2000。TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)最初由中國(guó)郵電科學(xué)研究院提出,后與歐洲提出的低速率WCDMA TDD模式融合,最終成為三大標(biāo)準(zhǔn)之一。TD-SCDMA與另外兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)相比有四大技術(shù)特點(diǎn):雙向智能天線技術(shù)、反向鏈路同步技術(shù)、反向聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)、動(dòng)態(tài)信道分配技術(shù),其中雙向智能天線技得益于它收發(fā)同頻。除四大技術(shù)特點(diǎn)外,TD-SCDMA還有兩大特點(diǎn):終端費(fèi)用低、運(yùn)營(yíng)成本低。終端費(fèi)用低得益于TDD工作模式;運(yùn)營(yíng)成本低得益于收發(fā)同頻,不需要成對(duì)頻點(diǎn)。TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)得到中國(guó)政府的大力支持,據(jù)悉將來知識(shí)產(chǎn)權(quán)費(fèi)也會(huì)低于另外兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。所有這些技術(shù)的與非技術(shù)的特點(diǎn)將決定著TD-SCDMA會(huì)有一個(gè)輝煌的明天。
現(xiàn)在TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)已得到很多通訊公司的支持,他們正投入巨額人力、物力去開發(fā)相關(guān)設(shè)備。MAXIM公司今年3月份已開發(fā)出商用TD-SCDMA射頻套片,為TD-SCDMA的商用化進(jìn)程立下赫赫戰(zhàn)功。下面我們就先簡(jiǎn)單介紹一下這套TD-SCDMA射頻芯片,然后重點(diǎn)討論設(shè)計(jì)TD-SCDMA射頻前端所應(yīng)考慮的一些關(guān)鍵技術(shù)問題。
MAXIM TD-SCDMA手機(jī)射頻套片共有兩顆:MAX2507和MAX2392,這兩顆芯片均是采用了最新SiGe BiCMOS 工藝制成。MAX2507是發(fā)射芯片,集成了自模擬I/Q至功放輸出的所有電路,主要功能模塊有:I/Q正交調(diào)制器、混頻器、可變?cè)鲆娣糯笃?/u>、功率放大器、射頻本振VCO、射頻鎖相環(huán)、中頻本振產(chǎn)生電路、射頻功率檢波器,封裝為7mm×7mm LGA形式。MAX2392是零中頻接收芯片,集成了自低噪聲放大器至模擬I/Q輸出的所有電路,主要功能模塊有:低噪聲放大器、I/Q正交解調(diào)器、可變?cè)鲆娣糯笃?、信道選擇濾波器、DC-Offset 自動(dòng)去除電路、I/Q 幅度自動(dòng)校準(zhǔn)電路、VCO、鎖相環(huán),封裝為5mm×5mm QFN形式。為方便用戶設(shè)計(jì),MAXIM還提供有完整的參考設(shè)計(jì)方案,該參考設(shè)計(jì)的有效射頻PCB面積為6.6平方厘米,工作在3~3.6V,可直接由單節(jié)鋰電池供電。圖1是該參考設(shè)計(jì)的功能框圖。
圖1:TD-SCDMA手機(jī)射頻單元功能框圖。
3GPP針對(duì)TD-SCDMA終端規(guī)定了很多技術(shù)指標(biāo),這些指標(biāo)根據(jù)其制定的目的可以分作三大類:一是為滿足系統(tǒng)自身的需要而設(shè)定的指標(biāo),如發(fā)射機(jī)輸出功率等級(jí)、功率控制精度、最小可控發(fā)射功率、發(fā)射信號(hào)調(diào)制精度EVM、接收機(jī)靈敏度、最大可接收信號(hào)幅度、頻率穩(wěn)準(zhǔn)度等;二是為反映系統(tǒng)魯棒性而設(shè)定的指標(biāo),如接收機(jī)雜散響應(yīng)指標(biāo)、抗單音雙音干擾指標(biāo)、接收機(jī)鄰道選擇性指標(biāo)ACS等;三是為防止該系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)自身或其它系統(tǒng)造成干擾而設(shè)定的指標(biāo),如收發(fā)信機(jī)雜散輻射指標(biāo)、發(fā)射機(jī)鄰道功率泄漏ACLR、發(fā)射信號(hào)頻域模板、發(fā)射機(jī)互調(diào)指標(biāo)等。對(duì)于這些指標(biāo)的詳細(xì)論述,請(qǐng)參考3GPP相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),這兒限于篇幅關(guān)系,僅就一些具有挑戰(zhàn)性的指標(biāo)加以討論,并以MAXIM參考設(shè)計(jì)為例加以說明。
ACLR指標(biāo)
ACLR指標(biāo)是為防止發(fā)信機(jī)對(duì)鄰近頻點(diǎn)信道造成干擾而設(shè)定的指標(biāo),它也是衡量發(fā)射機(jī)非線性失真程度的一個(gè)重要指標(biāo)。TD-SCDMA信號(hào)屬于非恒包絡(luò)調(diào)制,它的成型濾波器是根升余弦濾波器,滾降系數(shù)為0.22,因此當(dāng)通道存在非線性幅度壓縮時(shí),在TD-SCDMA信號(hào)頻譜兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生新的頻譜成份,ACLR指標(biāo)是指落入鄰近信道的信號(hào)與主信道信號(hào)功率之比。TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相鄰信道ACLR指標(biāo)應(yīng)不大于-33dBc,隔一信道該指標(biāo)應(yīng)不大于-43dBc,但當(dāng)泄漏到鄰近信道的信號(hào)功率小于-55dBm時(shí),可不考慮ACLR指標(biāo)。MAXIM參考設(shè)計(jì)在最大發(fā)射功率時(shí),鄰信道與隔一信道ACLR指標(biāo)都有較大余量。
MAX2507還有一個(gè)特點(diǎn)就是它在小信號(hào)發(fā)射時(shí),ACLR指標(biāo)并不是變得非常好,看來是一個(gè)缺點(diǎn),實(shí)際上這恰恰是MAXIM工程師在設(shè)計(jì)MAX2507時(shí)的獨(dú)具匠心之處。MAX2507保證ACLR指標(biāo)在所有發(fā)射功率電平下均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,且有一定余量的同時(shí),根據(jù)發(fā)射功率大小自適應(yīng)地調(diào)整功放偏置電流,這使得該芯片在實(shí)際應(yīng)用中非常省電。
發(fā)射信號(hào)頻譜模板
發(fā)射信號(hào)頻譜模板與ACLR同是為防止發(fā)信機(jī)對(duì)鄰近頻點(diǎn)信道造成干擾而設(shè)定的指標(biāo),同是由通道的非線性幅度壓縮而引起的,較ACLR指標(biāo)相比,該指標(biāo)更嚴(yán)格一些。ACLR指標(biāo)只是粗略地規(guī)定了再生頻譜分量與主信道頻譜分量功率之比,而頻譜模板則詳細(xì)規(guī)定了再產(chǎn)頻譜分量在偏離載波0.8MHz至4MHz范圍內(nèi)的相對(duì)大小。如果你測(cè)試過一些線性功放,你就會(huì)發(fā)現(xiàn)有時(shí)ACPR指標(biāo)很好,但卻不能滿足頻譜模板的要求,原因是再生的頻譜分量上下兩個(gè)邊帶不對(duì)稱,且邊帶的形狀并不是想象中的3階5階頻譜的疊加形狀,其形狀之所以較理想非線性產(chǎn)物頻譜有較大差異,它和非線性器件輸入輸出匹配有關(guān)。雖然MAX2507已設(shè)計(jì)成50歐姆輸入輸出阻抗以方便客戶使用,但實(shí)際應(yīng)用中MAX2507功放前后的電路并不總是很理想,這樣就造成了再生頻譜分量的不對(duì)稱和某些頻點(diǎn)處有凸包出現(xiàn),以至于不能滿足頻譜模板的要求。為對(duì)付該問題,MAXIM在MAX2507內(nèi)部設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的電路,通過更改寄存器數(shù)值來補(bǔ)償外部電路的非理想性,從而可以輕松解決該問題。
發(fā)射信號(hào)調(diào)制精度EVM
EVM是衡量發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)調(diào)制精度的一個(gè)重要指標(biāo),需注意的是該指標(biāo)不是簡(jiǎn)單定義射頻信號(hào)的調(diào)制精度,而是先將射頻信號(hào)映射到I/Q平面,然后經(jīng)過匹配濾波器,再抽樣得到離散的I/Q數(shù)值,EVM衡量的是該離散I/Q數(shù)值的精度。圖2是一個(gè)示意圖。
圖2:EVM指標(biāo)說明。
由圖2看到EVM衡量的是離散I/Q數(shù)據(jù)點(diǎn)的精度,它與射頻信號(hào)的精度是不一樣的,原因是在求離散I/Q數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)采用了成型濾波器,在頻域上看該濾波器可以將帶外噪聲抑制掉一些,從而可提高了調(diào)制精度指標(biāo)。3GPP標(biāo)準(zhǔn)中還指出在測(cè)量時(shí),應(yīng)盡可能地調(diào)整上圖解調(diào)過程中本振的頻率和相位,以及采取所有可能的措施使最終誤差最小,這也就是說射頻調(diào)制信號(hào)中有些失真與干擾將不計(jì)入EVM值,這些包括射頻通道的線性失真、載波泄漏、I/Q正交調(diào)制器的移相偏差、正交分量與同相分量幅度的不平衡,這樣算下來,影響EVM指標(biāo)的還有兩大因素:相位噪聲與非線性產(chǎn)物。下面是一個(gè)簡(jiǎn)化公式用來估算EVM值。
方程1
上式中ACLR是指相鄰信道的ACLR測(cè)量值,是累積相位誤差,9.5是針對(duì)TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)修正值。附錄一給出了該公式的一個(gè)簡(jiǎn)單推導(dǎo)過程。
為驗(yàn)證上面公式是否正確,我們先利用ESG信號(hào)源產(chǎn)生簡(jiǎn)單的QPSK I/Q信號(hào),這兒碼片速率為1.28M,成型濾波器為0.22滾降系數(shù)的根升余弦濾波器,將該信號(hào)加到圖1所示參考設(shè)計(jì)的輸入端,調(diào)整參考設(shè)計(jì)配置使其輸出功率為21dBm,這時(shí)利用FSIQ測(cè)得EVM約等于3.5%,鄰信道ACLR為-38.5dBc;接下來我們移開ESG信號(hào)源,將參考設(shè)計(jì)的TxI+短接到地,從而在天線端口得到一個(gè)正弦波信號(hào),用FSIQ測(cè)量該正弦波的相位噪聲,最后計(jì)算出1KHz~1MHz范圍內(nèi)累積相位噪聲約為1.5度。我們將上面測(cè)試結(jié)果代入方程1式得:
方程2
比較EVM測(cè)量值和計(jì)算值,其誤差不到一個(gè)百分點(diǎn),可見方程1作為EVM的估算公式還是很有效的。3GPP標(biāo)準(zhǔn)要求EVM指標(biāo)不大于17.5%,由上面測(cè)試結(jié)果可以看到圖一所示參考設(shè)計(jì)有很大余量。
接收機(jī)靈敏度與NF
接收機(jī)靈敏度是一個(gè)系統(tǒng)指標(biāo),不僅接收機(jī)射頻通道的性能影響該指標(biāo),基帶單元的解調(diào)算法也會(huì)影響該指標(biāo),用此指標(biāo)來直接衡量射頻接收機(jī)的性能好壞顯然不合適。接收機(jī)射頻通道對(duì)小信號(hào)的惡化主要是加性白噪聲的影響,它反應(yīng)接收機(jī)的噪聲系數(shù)指標(biāo)。相位噪聲也會(huì)影響信號(hào)接收質(zhì)量,但在小信號(hào)時(shí)相對(duì)加性白噪聲的影響則微乎其微,故在此不考慮相位噪聲的影響。因此當(dāng)接收機(jī)基帶單元確定的情況下,接收機(jī)靈敏度信號(hào)電平則與整機(jī)噪聲系數(shù)有著直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)3GPP TR 25.945中對(duì)靈敏度指標(biāo)有著詳盡描述,標(biāo)準(zhǔn)指出只要接收機(jī)噪聲系數(shù)不大于9dB,整機(jī)就應(yīng)該滿足靈敏度指標(biāo)(靈敏度電平為-108dBm)要求,這里也暗示了如還有問題,則應(yīng)該是基帶解調(diào)的問題,與射頻接收機(jī)無關(guān)。圖一所示參考設(shè)計(jì)整機(jī)噪聲系數(shù)約為5.7dB,相對(duì)9dB的最低要求有3.3dB余量,照此算來,采用MAXIM該射頻套片的手機(jī)其整機(jī)靈敏度應(yīng)能達(dá)到?\111dBm。
接收機(jī)非線性指標(biāo)要求
3GPP TD?\SCDMA標(biāo)準(zhǔn)眾多指標(biāo)中有很多與接收機(jī)非線性有關(guān),這些指標(biāo)歸納起來有兩類:一類是為防止小信號(hào)時(shí)強(qiáng)干擾造成性能下降而設(shè)定的指標(biāo),如阻塞指標(biāo)、雜散響應(yīng)指標(biāo)、雙音互調(diào)指標(biāo);另一類是說信號(hào)自身幅度太強(qiáng),這兒僅有一個(gè)指標(biāo)就是最大輸入信號(hào)電平指標(biāo)。為靈活應(yīng)對(duì)這些指標(biāo)要求,同時(shí)考慮手機(jī)的節(jié)電要求,MAXIM在設(shè)計(jì)該TD-SCDMA套片時(shí),為接收芯片MAX2392設(shè)計(jì)了多種工作模式。MAX2392的低噪聲放大器有高低兩種增益模式,混頻器也有兩種增益模式,同時(shí)混頻器的線性度也有兩檔,這樣組合起來MAX2392有四種區(qū)別比較明顯的工作模式:
表1:接收機(jī)工作模式。
下面分別就一些具體的非線性指標(biāo)要求做詳細(xì)討論。
a)接收機(jī)最大輸入信號(hào)電平指標(biāo),該指標(biāo)涉及到接收機(jī)的兩個(gè)問題:接收機(jī)通道增益控制范圍,因?yàn)樵撝笜?biāo)規(guī)定了天線端口最大輸入信號(hào)電平,而靈敏指標(biāo)規(guī)定了最小輸入信號(hào)電平,我們總希望基帶接口處電平恒定,這就要求通道增益控制范圍至少大于這兩個(gè)指標(biāo)規(guī)定的電平之差;該指標(biāo)牽扯到的另一個(gè)射頻通道技術(shù)指標(biāo)就是要求通道在如此大的信號(hào)電平下不能發(fā)生明顯的限幅。針對(duì)該指標(biāo)要求,MAXIM建議將MAX2392置為低增益模式。圖一所示參考設(shè)計(jì)在低增益模式下測(cè)到輸入1dB壓縮點(diǎn)為-11.6dBm,而最大輸入信號(hào)電平為-25dBm,顯然可以滿足要求。
b)雜散響應(yīng)與阻塞指標(biāo)。雜散響應(yīng)主要是針對(duì)超外差接收機(jī)提的指標(biāo),雜散響應(yīng)點(diǎn)也稱為寄生頻道,它是射頻本振與中頻的組合頻率。與一般阻塞相比,當(dāng)干擾落在這些寄生頻道上時(shí),它會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成更大的危害。MAX2392是零中頻接收機(jī),所以該問題不明顯。阻塞指標(biāo)又分為頻段內(nèi)阻塞指標(biāo)與頻段外阻塞指標(biāo),頻段外阻塞指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的影響部分地可由前端射頻濾波器解決。阻塞信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的影響有四個(gè)方面:倒易混頻影響、交叉調(diào)制影響、阻塞信號(hào)二次項(xiàng)成份的影響、阻塞信號(hào)直接透過信道濾波器加到基帶單元輸入端口造成的影響。倒易混頻影響是指干擾信號(hào)與本振邊帶噪聲混頻產(chǎn)物對(duì)系統(tǒng)的影響,它與本振相位噪聲指標(biāo)有關(guān),與通道非線性指標(biāo)無關(guān),我們?cè)诤竺嬲鹿?jié)再詳細(xì)討論該指標(biāo)。阻塞信號(hào)直接透過信道濾波器造成的影響與信道濾波器的帶外抑制特性有關(guān),與通道非線性指標(biāo)無關(guān),我們也把這個(gè)影響放到后面去討論。交叉調(diào)制模型見圖3。
圖3:交叉調(diào)制產(chǎn)物。
上圖是以放大器為例來說明交叉調(diào)制現(xiàn)象,混頻器也有交叉調(diào)制現(xiàn)象。圖中f1頻點(diǎn)處信號(hào)可認(rèn)為是阻塞信號(hào),假定其功率譜密度函數(shù)為矩形函數(shù),頻點(diǎn)f2處點(diǎn)頻信號(hào)是所要的信號(hào),由圖3看到在輸出信號(hào)頻譜中f2處有三角型頻譜出現(xiàn),這就是所說的交叉調(diào)制產(chǎn)物,該交叉調(diào)制產(chǎn)物大小與通道三階截止點(diǎn)有關(guān),當(dāng)輸入阻塞信號(hào)為平穩(wěn)正態(tài)過程時(shí),交叉調(diào)制產(chǎn)物功率可由下式(參考資料【2】中有詳細(xì)推導(dǎo)過程)算出:
方程3
即便是頻點(diǎn)f2處所要的信號(hào)不是點(diǎn)頻信號(hào),交叉調(diào)制產(chǎn)物依然存在,且電平大小同樣由方程3式給出,只是這時(shí)交叉調(diào)制產(chǎn)物的頻譜形狀不再是三角形,而是三角形與信號(hào)功率譜密度函數(shù)的卷積。上面得出的公式是基于正態(tài)噪聲這一假設(shè)的,一般干擾信號(hào)與正態(tài)噪聲相比更接近恒包絡(luò)信號(hào),交叉調(diào)制產(chǎn)物會(huì)小一些,當(dāng)干擾信號(hào)為恒包絡(luò)時(shí),交叉調(diào)制產(chǎn)物為零。
3GPP規(guī)定TD-SCDMA終端當(dāng)存在一個(gè)調(diào)制類型的干擾信號(hào)在±4.8MHz處,電平為-49dBm,系統(tǒng)靈敏度可下降3dB。如果我們認(rèn)為靈敏度下降是因?yàn)榻徊嬲{(diào)制產(chǎn)物所導(dǎo)致的, 只要交叉調(diào)制產(chǎn)物功率不大于靈敏度電平時(shí)的帶內(nèi)總噪聲功率,則該指標(biāo)就沒有問題。假定接收通道噪聲系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)所要求的最低指標(biāo):9dB,由此我們可以推出該指標(biāo)所要求的等效三階截止點(diǎn),該三階截止點(diǎn)與輸入阻塞信號(hào)的頻率偏移量有關(guān),因?yàn)榻邮胀ǖ腊ㄐ诺肋x擇濾波器。
方程4
阻塞信號(hào)二次項(xiàng)成份對(duì)系統(tǒng)的影響模型:
圖4:二次項(xiàng)產(chǎn)物。
由上圖看到阻塞信號(hào)的二次失真產(chǎn)物有三部分構(gòu)成,當(dāng)阻塞信號(hào)為平穩(wěn)正態(tài)過程時(shí),這三部分產(chǎn)物功率相等,功率大小圖4已標(biāo)出。注意圖4中的公式(參考資料【2】提供了簡(jiǎn)單的非線性產(chǎn)物計(jì)算方法,依據(jù)該方法可以非常容易地推出圖4中的3個(gè)公式)是基于正態(tài)噪聲這一假設(shè)的,一般干擾信號(hào)與正態(tài)噪聲相比更接近恒包絡(luò)信號(hào),低頻交流產(chǎn)物會(huì)小一些,當(dāng)干擾信號(hào)為恒包絡(luò)時(shí),低頻交流產(chǎn)物為零。該干擾模型僅是針對(duì)零中頻接收機(jī)而言,零中頻接收機(jī)可簡(jiǎn)單等效成一個(gè)混頻器,混頻器輸出包含本振頻率與輸入信號(hào)頻率的各種組合分量,而該干擾模型即是輸入信號(hào)的二次與本振頻率零次的組合分量,該組合分量中的低頻交流成份與直流成份恰好落在我們要的頻帶內(nèi),會(huì)影響系統(tǒng)性能。直流成份的影響也就是通常所說的DC-offset,MAX2392有專門的DC-Offset去除電路,而低頻交流成份則無法去除。
3GPP規(guī)定TD-SCDMA終端當(dāng)存在一個(gè)調(diào)制類型的干擾信號(hào)在±4.8MHz處,電平為-49dBm,系統(tǒng)靈敏度可下降3dB。如果我們認(rèn)為靈敏度下降是因?yàn)樽枞盘?hào)二次項(xiàng)成份中的低頻交流產(chǎn)物所導(dǎo)致的, 只要該產(chǎn)物不大于靈敏度電平時(shí)的帶內(nèi)總噪聲功率,則該指標(biāo)就沒有問題。假定接收通道噪聲系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)所要求的最低指標(biāo):9dB,由此我們可以推出該指標(biāo)所要求的等效二階截止點(diǎn),該二階截止點(diǎn)與輸入阻塞信號(hào)的頻率偏移量有關(guān),因?yàn)榻邮胀ǖ腊ㄐ诺肋x擇濾波器。
方程5
MAX2392有四種工作模式,在沒有干擾而且信號(hào)較弱時(shí),建議采用HGML模式;上面阻塞指標(biāo)所討論的情況應(yīng)該是信號(hào)很弱,而且有較強(qiáng)干擾,這時(shí)建議將MAX2392置為HGHL模式。
通過上面的討論我們得到兩個(gè)射頻通道指標(biāo):IP2和IP3,關(guān)于IP3,下面所要討論的雙音互調(diào)指標(biāo)會(huì)有更高要求。方程5給出阻塞指標(biāo)所要求的IP2應(yīng)大于3dBm,圖一參考設(shè)計(jì)在該指標(biāo)上有很大余量。
c)雙音互調(diào)指標(biāo)。無論是零中頻接收機(jī)還是超外差接收機(jī)都會(huì)面臨雙音互調(diào)干擾問題。影響該指標(biāo)的主要是混頻器及前面各級(jí)有源器件,混頻器后面電路因有信道濾波器的原故,對(duì)此指標(biāo)影響不大。圖5是雙音互調(diào)指標(biāo)的干擾示意圖。
圖5:雙音互調(diào)產(chǎn)物。
注意上圖中的兩個(gè)干擾信號(hào),一個(gè)是點(diǎn)頻干擾距有用信號(hào)較近,另一個(gè)是調(diào)制干擾,距有用信號(hào)較遠(yuǎn),這是標(biāo)準(zhǔn)所要求的。觀察這個(gè)圖形還應(yīng)注意兩點(diǎn):一是這兒是以放大器為例說明3階失真產(chǎn)物,針對(duì)MAX2392來說影響這一指標(biāo)的應(yīng)包括低噪放和混頻器兩部分,混頻器后級(jí)電路因信道濾波器的作用無大的影響;二是上圖忽略了二次項(xiàng)的影響及干擾與信號(hào)間的交叉調(diào)制影響。
3GPP規(guī)定TD-SCDMA終端當(dāng)存在兩個(gè)干擾信號(hào),一個(gè)為調(diào)制類型的干擾信號(hào),在±6.4MHz處,電平為-46dBm,另一個(gè)為點(diǎn)頻類型干擾信號(hào),在±3.2MHz處,電平為-46dBm,系統(tǒng)靈敏度可下降3dB。如果我們認(rèn)為靈敏度下降是因?yàn)榛フ{(diào)產(chǎn)物所導(dǎo)致的,只要該產(chǎn)物功率不大于靈敏度電平時(shí)的帶內(nèi)總噪聲功率,則該指標(biāo)就沒有問題。假定接收通道噪聲系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)所要求的最低指標(biāo):9dB,由此我們可以推出該指標(biāo)所要求的等效三階截止點(diǎn),該三階截止點(diǎn)與輸入干擾信號(hào)的頻率偏移量有關(guān),因?yàn)榻邮胀ǖ腊ㄐ诺肋x擇濾波器。
方程6
針對(duì)互調(diào)抑制指標(biāo)所討論的情況,MAX2392應(yīng)置為HGHL模式,在該模式下,圖1所示參考設(shè)計(jì)完全能夠滿足該指標(biāo)要求且有一定余量。
接收機(jī)信道選擇性要求
TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的與接收機(jī)線性幅頻特性有關(guān)的指標(biāo)包括:ACS、阻塞、雜散響應(yīng)、交調(diào)抑制。阻塞與雜散響應(yīng)點(diǎn)遠(yuǎn)離TD-SCDMA頻段時(shí),可通過選擇射頻前端的頻段濾波器加以解決,對(duì)于頻段內(nèi)的阻塞干擾和雜散響應(yīng)點(diǎn),及雙音互調(diào)干擾,是要通過信道濾波器加以濾除。對(duì)于超外差結(jié)構(gòu)的接收機(jī)來講,信道濾波器就是混頻器后通常采用的聲表面波濾波器。MAX2392是零中頻接收芯片,它的信道濾波器是I/Q支路上的有源低通濾波器,這已集成在芯片內(nèi)部而且指標(biāo)很高,下面會(huì)介紹該濾波器的一些測(cè)試數(shù)據(jù)。ACS是3GPP對(duì)接收機(jī)所規(guī)定的唯一的一個(gè)純射頻技術(shù)指標(biāo),它直接規(guī)定了接收機(jī)信道濾波器對(duì)鄰近信道(±1.6MHz)的抑制成度為33dB。帶內(nèi)阻塞指標(biāo)規(guī)定當(dāng)±3.2MHz處存在-61dBm的調(diào)制干擾時(shí),或±4.8MHz處存在-49dBm的調(diào)制干擾時(shí),系統(tǒng)靈敏度允許下降3dB。如果我們認(rèn)為靈敏度下降是因?yàn)樽枞蓴_直接透過濾波器加到基帶單元輸入端口所導(dǎo)致的, 而不考慮非線性和倒易混頻的影響, 只要透過去的干擾功率不大于靈敏度電平時(shí)的帶內(nèi)總噪聲功率,則該指標(biāo)就沒有問題。假定接收通道噪聲系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)所要求的最低指標(biāo):9dB,由此我們可以推出該指標(biāo)所要求的信道濾波器帶外抑制特性:
方程7
方程8
雙音互調(diào)指標(biāo)規(guī)定的兩個(gè)干擾信號(hào),一個(gè)是點(diǎn)頻干擾,另一個(gè)是己調(diào)類型干擾,點(diǎn)頻干擾其特征明顯,基帶很容易除理掉,這兒只考慮已調(diào)干擾的影響,按與上面帶內(nèi)阻塞同樣的分析方法,我們可推出:
方程9
至此對(duì)信道濾波器帶外抑制特性我們有了4個(gè)參數(shù)即:該濾波器對(duì)±1.6MHz通道相對(duì)抑制應(yīng)不小于33dB,對(duì)±3.2MHz通道相對(duì)抑制應(yīng)不小于43dB, 對(duì)±4.8MHz通道相對(duì)抑制應(yīng)不小于55dB, 對(duì)±6.4MHz通道相對(duì)抑制應(yīng)不小于58dB。MAX2392信道選擇濾波器指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上述四點(diǎn)要求,圖6是MAX2392信道濾波器的實(shí)測(cè)曲線:
圖6:信道濾波器。
相位噪聲
TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)沒有明確提出收發(fā)信機(jī)相位噪聲指標(biāo),但標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的很多其它指標(biāo)與相位噪聲有關(guān):發(fā)射信號(hào)調(diào)制精度EVM指標(biāo)與發(fā)通道鎖相環(huán)的相位噪聲有關(guān),方程式一給出了它們之間的關(guān)系,其實(shí)EVM主要還是由非線性指標(biāo)所決定的,除非鎖相環(huán)指標(biāo)太差;接收機(jī)靈敏度與接收通道本振相位噪聲指標(biāo)有關(guān),但靈敏度指標(biāo)對(duì)相位噪聲要求不高,即便是16QAM信號(hào)也是一樣,影響靈敏度的主要還是加性白噪聲;頻率穩(wěn)準(zhǔn)度指標(biāo)與收發(fā)鎖相環(huán)指標(biāo)均有關(guān), 頻率穩(wěn)準(zhǔn)度指標(biāo)好像在講頻率精確度問題,但仔細(xì)琢磨一下標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試方法,就會(huì)明白頻率穩(wěn)準(zhǔn)度指標(biāo)與噪聲系數(shù),接收發(fā)射通道本振相位噪聲,基帶單元頻率估值算法有關(guān),該指標(biāo)主要取決于基帶算法和發(fā)射通道鎖相環(huán)相位噪聲,圖一所示參考設(shè)計(jì)中發(fā)射芯片MAX2507的鎖相環(huán)是Σ-△型鎖相環(huán),相位噪聲指標(biāo)非常高;阻塞指標(biāo)、雙音互調(diào)指標(biāo)與接收通道本振相位噪聲指標(biāo)有關(guān)。下面就最后這種情況做詳細(xì)討論。
阻塞指標(biāo)、雙音互調(diào)指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的影響有一個(gè)途徑就是倒易混頻,圖7是一個(gè)倒易混頻的干擾示意圖:
圖7:倒易混頻干擾模型。
在阻塞抑制指標(biāo)和雙音互調(diào)指標(biāo)中都提到允許接收機(jī)靈敏度下降3dB, 如果我們認(rèn)為靈敏度下降的原因全部是由倒易混頻產(chǎn)物導(dǎo)致的,則只要該產(chǎn)物功率不大于靈敏度電平時(shí)的帶內(nèi)總噪聲功率,該指標(biāo)就沒有問題。假定接收通道噪聲系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)所要求的最低指標(biāo):9dB,由此我們可以導(dǎo)出一個(gè)限制本振遠(yuǎn)端噪聲底的指標(biāo),如下:
方程10
在阻塞及雙音互調(diào)指標(biāo)中提到的最大干擾功率為-46dBm點(diǎn)頻信號(hào),偏離有用信號(hào)中心為3.2MHz,將該值代入上式,我們得到關(guān)于接收機(jī)本振相噪的一個(gè)指標(biāo):本振相位噪聲在偏離中心3.2MHz外,必須優(yōu)于-119dBc/Hz。MAX2392在該點(diǎn)處的相位噪聲遠(yuǎn)優(yōu)于該最低要求。
零中頻接收機(jī)與DC-Offset
大凡零中頻接收機(jī)都有DC-offset問題,DC-offset的產(chǎn)生有這樣幾個(gè)原因:本振自混、混頻器偶次項(xiàng)非線性失真產(chǎn)物、平衡混頻器正反向?qū)〞r(shí)間不相等、平衡混頻器負(fù)載不平衡等。不管是怎樣產(chǎn)生的,重點(diǎn)是去除該直流偏移量,對(duì)于一個(gè)電路來說,它要除去直流分量而保留交流分量,那么它必然是一個(gè)高通型濾波器,該如何設(shè)計(jì)這一高通濾波器,又如何方便地調(diào)整濾波器參數(shù),則IC廠家們各有特色。一般可以想象得出有三種情況:一是采用固定高通濾波器,以不變應(yīng)萬變,優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng);二是采用一個(gè)高拐點(diǎn)的高通濾波器,該濾波器只是在特定時(shí)間起作用,響應(yīng)速度快,響應(yīng)完后電路記住其響應(yīng)終值,然后利用該終值去對(duì)消通道上的直流偏移量,缺點(diǎn)是環(huán)境改變后,記錄的以前的響應(yīng)終值無法對(duì)消直流偏移量;三是靈活改變高通濾波器的捌點(diǎn),很明顯它綜合了上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)。
評(píng)論
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