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測量CDMA接收機(jī)的阻塞

發(fā)布時(shí)間:2007/8/28 0:00:00 訪問次數(shù):699

需求


CDMA無線系統(tǒng)與老式的AMPS工作在同一頻段。AMPS射頻方案把頻率劃分成很多相鄰的窄帶FM信道,而CDMA射頻方案則占用少量的寬帶射頻信道。這樣,CDMA信道規(guī)劃不得不包含現(xiàn)存的AMPS信道,而AMPS作為一個(gè)干擾源將會降低CDMA鏈路的性能指標(biāo)。


在此我們討論影響蜂窩頻段CDMA手機(jī)設(shè)計(jì)和性能的兩種主要機(jī)理:


倒易混頻,即在點(diǎn)頻干擾存在的情況下,本振相位噪聲會阻塞接收到的射頻信號。


交叉調(diào)制,結(jié)果是來自手機(jī)發(fā)射機(jī)的泄漏使接收機(jī)低噪放過驅(qū)動。


蜂窩頻段頻率規(guī)劃的背景


AMPS服務(wù)頻段位于美國850MHz蜂窩波段:


824MHz到849MHz上行(手機(jī)中發(fā)射機(jī)反向信道)


869MHz到894MHz下行(手機(jī)中接收機(jī)前向信道)


AMPS頻道以30KHz為間隔,峰值頻偏每個(gè)頻道約占24KHz。


CDMA服務(wù)占用同樣的美國蜂窩頻段,CDMA信道排列與AMPS的30KHz間隔對準(zhǔn)(即每個(gè)信道跨越好多個(gè)30KHz),每個(gè)CDMA信道占用1.23MHz頻寬。為了管理這一分布,移動電話運(yùn)營商分配到了12.5MHz的頻段,最近的AMPS信道與最近的CDMA信道邊界相距285KHz(即CDMA邊界離AMPS信道中心距離9個(gè)30KHz AMPS信道加上15KHz),見圖1,其中AMPS載頻是CDMA信道的一個(gè)干擾源。



圖1  CDMA信道和最近的AMPS載頻的關(guān)系


當(dāng)最近的AMPS信道比CDMA信號電平強(qiáng)很多時(shí),它對CDMA頻道來說就是一個(gè)單音干擾,干擾頻率偏移是:


1.23MHz CDMA頻道帶寬/2=離信道邊界615KHz
285KHz+615KHz=900KHz


這是最近的AMPS干擾信道離指定CDMA信道中心的偏差。這一干擾源的功率強(qiáng)度相對于被干擾CDMA信道的靈敏度(-101dBm)在3GPP2的空中接口標(biāo)準(zhǔn)中定義為最差情況下(-30dBm)的測試音調(diào)。


CDMA手機(jī)的單音阻塞


單音阻塞是衡量蜂窩電話在距離指定信道中心頻率一定偏差的位置存在窄帶干擾發(fā)射機(jī)時(shí),接收CDMA信號的能力。接收機(jī)的阻塞用幀誤碼率(FER)衡量。對CDMA系統(tǒng)來說,25個(gè)以上的手機(jī)可以同時(shí)同頻工作(即在同一信道中心頻率上)是它的優(yōu)點(diǎn)。所謂碼分復(fù)用(信道劃分)就是每個(gè)手機(jī)的上行和下行載頻使用了不同的正交擴(kuò)頻碼。為了達(dá)到這一目標(biāo),CDMA基站必須精確控制每個(gè)手機(jī)的發(fā)射功率,確保所有用戶收到同等的功率。相應(yīng)的,手機(jī)的接收機(jī)必須有很寬的增益控制范圍,當(dāng)手機(jī)離基站最遠(yuǎn)時(shí),前向鏈路的典型信號強(qiáng)度只有-101dBm。由于相鄰的AMPS系統(tǒng)并不以同樣方式管理手機(jī)的上行功率,當(dāng)CDMA手機(jī)以它的極限靈敏度接收時(shí),附近的AMPS基站有可能發(fā)出一個(gè)很強(qiáng)的干擾,這種情況在蜂窩邊界特別容易發(fā)生。


幸運(yùn)的是,下行擴(kuò)頻碼的特點(diǎn)使手機(jī)接收機(jī)能夠免受鄰近信道的干擾。窄帶AMPS產(chǎn)生的干擾由手機(jī)的相關(guān)器“平攤”,因此,處理增益(約25dB)降低了它的影響。由于干擾比較顯著,3GPP2規(guī)定了一個(gè)測試來保證CDMA接收機(jī)完全能夠處理鄰道干擾。3GPP2中CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了下列阻塞測試條件:


對于美國CDMA系統(tǒng),蜂窩頻段測試要求最小有效同向輻射功率+23dBm。PCS頻段測試要求最小有效同向輻射功率+15dBm(測試1和2),或+20dBm(測試3和4)。干擾發(fā)射機(jī)的功率規(guī)定為-30dBm(測試1和2),或-40dBm(測試3和4)。


當(dāng)測試CDMA前端IC或零中頻接收機(jī)的阻塞時(shí),重要的是要注意由單音干擾發(fā)射機(jī)構(gòu)成的干擾分量,在測試裝置中要重建這些影響。影響阻塞的兩個(gè)主要因素是:倒易混頻和交叉調(diào)制。


倒易混頻


倒易混頻源于單音干擾發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的本振信號(Rx LO)的混頻。Rx LO存在有限的相位噪聲,它與單音干擾發(fā)射機(jī)混頻,在中頻(IF)段產(chǎn)生一個(gè)干擾分量,對零中頻系統(tǒng)來說干擾位于基帶(圖2)。



圖2  出現(xiàn)干擾發(fā)射機(jī)時(shí)的倒易混頻


接收機(jī)的阻塞規(guī)格是設(shè)定LO相噪要求的關(guān)鍵參數(shù)。對準(zhǔn)確的阻塞測量來說,單音干擾發(fā)射機(jī)自身的相噪也會對整個(gè)干擾電平有影響。因此,在實(shí)驗(yàn)室里,應(yīng)該選用一個(gè)低相噪的射頻信號源,以保證阻塞的主要來源是Rx LO中的相噪,而不是射頻信號發(fā)生器。舉例來說,參照Maxim的超外差CDMA參考設(shè)計(jì)(版本3.5),使用MAX2538前端IC和MAX2308中頻解調(diào)器,在蜂窩頻段它的串聯(lián)噪聲系數(shù)小于3dB。如果我們假定手機(jī)的雙工器損失約3dB,可以得到:


接收機(jī)的噪聲基底 = -174dB/Hz(熱噪基底)+3dB(雙工器損失)+3dB(LNA輸入 - 以系統(tǒng)NF為參考)= -168dB/Hz


如果射頻信號發(fā)生器的相噪比接收機(jī)的噪聲基底低10dB,那么:


發(fā)生器相噪 = -168dBm - 10Db -(-30dBm) = -148dBc/Hz


其中-30dBm是測試1和2中規(guī)定的單音強(qiáng)度。因此,新接收機(jī)的噪聲基底是10log(10((168/10) + 10(-178/10))=-167.6dBm/Hz。由此可見射頻信號發(fā)生器

需求


CDMA無線系統(tǒng)與老式的AMPS工作在同一頻段。AMPS射頻方案把頻率劃分成很多相鄰的窄帶FM信道,而CDMA射頻方案則占用少量的寬帶射頻信道。這樣,CDMA信道規(guī)劃不得不包含現(xiàn)存的AMPS信道,而AMPS作為一個(gè)干擾源將會降低CDMA鏈路的性能指標(biāo)。


在此我們討論影響蜂窩頻段CDMA手機(jī)設(shè)計(jì)和性能的兩種主要機(jī)理:


倒易混頻,即在點(diǎn)頻干擾存在的情況下,本振相位噪聲會阻塞接收到的射頻信號。


交叉調(diào)制,結(jié)果是來自手機(jī)發(fā)射機(jī)的泄漏使接收機(jī)低噪放過驅(qū)動。


蜂窩頻段頻率規(guī)劃的背景


AMPS服務(wù)頻段位于美國850MHz蜂窩波段:


824MHz到849MHz上行(手機(jī)中發(fā)射機(jī)反向信道)


869MHz到894MHz下行(手機(jī)中接收機(jī)前向信道)


AMPS頻道以30KHz為間隔,峰值頻偏每個(gè)頻道約占24KHz。


CDMA服務(wù)占用同樣的美國蜂窩頻段,CDMA信道排列與AMPS的30KHz間隔對準(zhǔn)(即每個(gè)信道跨越好多個(gè)30KHz),每個(gè)CDMA信道占用1.23MHz頻寬。為了管理這一分布,移動電話運(yùn)營商分配到了12.5MHz的頻段,最近的AMPS信道與最近的CDMA信道邊界相距285KHz(即CDMA邊界離AMPS信道中心距離9個(gè)30KHz AMPS信道加上15KHz),見圖1,其中AMPS載頻是CDMA信道的一個(gè)干擾源。



圖1  CDMA信道和最近的AMPS載頻的關(guān)系


當(dāng)最近的AMPS信道比CDMA信號電平強(qiáng)很多時(shí),它對CDMA頻道來說就是一個(gè)單音干擾,干擾頻率偏移是:


1.23MHz CDMA頻道帶寬/2=離信道邊界615KHz
285KHz+615KHz=900KHz


這是最近的AMPS干擾信道離指定CDMA信道中心的偏差。這一干擾源的功率強(qiáng)度相對于被干擾CDMA信道的靈敏度(-101dBm)在3GPP2的空中接口標(biāo)準(zhǔn)中定義為最差情況下(-30dBm)的測試音調(diào)。


CDMA手機(jī)的單音阻塞


單音阻塞是衡量蜂窩電話在距離指定信道中心頻率一定偏差的位置存在窄帶干擾發(fā)射機(jī)時(shí),接收CDMA信號的能力。接收機(jī)的阻塞用幀誤碼率(FER)衡量。對CDMA系統(tǒng)來說,25個(gè)以上的手機(jī)可以同時(shí)同頻工作(即在同一信道中心頻率上)是它的優(yōu)點(diǎn)。所謂碼分復(fù)用(信道劃分)就是每個(gè)手機(jī)的上行和下行載頻使用了不同的正交擴(kuò)頻碼。為了達(dá)到這一目標(biāo),CDMA基站必須精確控制每個(gè)手機(jī)的發(fā)射功率,確保所有用戶收到同等的功率。相應(yīng)的,手機(jī)的接收機(jī)必須有很寬的增益控制范圍,當(dāng)手機(jī)離基站最遠(yuǎn)時(shí),前向鏈路的典型信號強(qiáng)度只有-101dBm。由于相鄰的AMPS系統(tǒng)并不以同樣方式管理手機(jī)的上行功率,當(dāng)CDMA手機(jī)以它的極限靈敏度接收時(shí),附近的AMPS基站有可能發(fā)出一個(gè)很強(qiáng)的干擾,這種情況在蜂窩邊界特別容易發(fā)生。


幸運(yùn)的是,下行擴(kuò)頻碼的特點(diǎn)使手機(jī)接收機(jī)能夠免受鄰近信道的干擾。窄帶AMPS產(chǎn)生的干擾由手機(jī)的相關(guān)器“平攤”,因此,處理增益(約25dB)降低了它的影響。由于干擾比較顯著,3GPP2規(guī)定了一個(gè)測試來保證CDMA接收機(jī)完全能夠處理鄰道干擾。3GPP2中CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了下列阻塞測試條件:


對于美國CDMA系統(tǒng),蜂窩頻段測試要求最小有效同向輻射功率+23dBm。PCS頻段測試要求最小有效同向輻射功率+15dBm(測試1和2),或+20dBm(測試3和4)。干擾發(fā)射機(jī)的功率規(guī)定為-30dBm(測試1和2),或-40dBm(測試3和4)。


當(dāng)測試CDMA前端IC或零中頻接收機(jī)的阻塞時(shí),重要的是要注意由單音干擾發(fā)射機(jī)構(gòu)成的干擾分量,在測試裝置中要重建這些影響。影響阻塞的兩個(gè)主要因素是:倒易混頻和交叉調(diào)制。


倒易混頻


倒易混頻源于單音干擾發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的本振信號(Rx LO)的混頻。Rx LO存在有限的相位噪聲,它與單音干擾發(fā)射機(jī)混頻,在中頻(IF)段產(chǎn)生一個(gè)干擾分量,對零中頻系統(tǒng)來說干擾位于基帶(圖2)。



圖2  出現(xiàn)干擾發(fā)射機(jī)時(shí)的倒易混頻


接收機(jī)的阻塞規(guī)格是設(shè)定LO相噪要求的關(guān)鍵參數(shù)。對準(zhǔn)確的阻塞測量來說,單音干擾發(fā)射機(jī)自身的相噪也會對整個(gè)干擾電平有影響。因此,在實(shí)驗(yàn)室里,應(yīng)該選用一個(gè)低相噪的射頻信號源,以保證阻塞的主要來源是Rx LO中的相噪,而不是射頻信號發(fā)生器。舉例來說,參照Maxim的超外差CDMA參考設(shè)計(jì)(版本3.5),使用MAX2538前端IC和MAX2308中頻解調(diào)器,在蜂窩頻段它的串聯(lián)噪聲系數(shù)小于3dB。如果我們假定手機(jī)的雙工器損失約3dB,可以得到:


接收機(jī)的噪聲基底 = -174dB/Hz(熱噪基底)+3dB(雙工器損失)+3dB(LNA輸入 - 以系統(tǒng)NF為參考)= -168dB/Hz


如果射頻信號發(fā)生器的相噪比接收機(jī)的噪聲基底低10dB,那么:


發(fā)生器相噪 = -168dBm - 10Db -(-30dBm) = -148dBc/Hz


其中-30dBm是測試1和2中規(guī)定的單音強(qiáng)度。因此,新接收機(jī)的噪聲基底是10log(10((168/10) + 10(-178/10))=-167.6dBm/Hz。由此可見射頻信號發(fā)生器

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