基站射频收发信机指标分解和分析

1、1.接收机接收机主要射频指标包括 Reference Sensitivity Level， Adjacent Channel Selectivity (ACS)， Blocking( In-Band 和 Out-of-Band )，接收机互调。其中带内 blocking 指标和 ACS分析类似。1.1 Reference Sensitivity Level接收机的最小可接收电平（接收机灵敏度）= -174dBm/Hz + 10logBW + NF + Eb/N01. Eb/No 由基带解调能力决定，与射频前端无关；2. BW 由无线系统协议标准定义；3. -174dBm/Hz 及总的热噪声；

2、因此针对某一无线系统设计，灵敏度指标的分解即根据协议灵敏度指标要求来设计接 收机的噪声系数 （Noise Figure）要求，以保证满足灵敏度指标允许的最大输入噪声（总噪声，包括输入热燥和引入的系统噪声）上图说明如下：Step1：系统要求灵敏度指标为 -121dBm/3.84MHz ；Step2：Eb/No = 5dB 不考虑编码增益允许的总输入噪声=-121dBm 5dB = -126dBmStep3：12.2Kbps数据速率到 3.84Mcps 码片速率的扩频增益为 25dB，考虑扩频增益后 总的输入噪声要求为 -101dBm ；Step4：3.84MHz 带内总的热噪声 = -174dB

3、m + 10log3.86MHz/1Hz = -108.1dBm 所以为满足灵敏度指标要求，系统接收机连续噪声系数需要（-101+108.1 ）=7.1dB接收机的其他指标都是基于灵敏度指标满足设计要求为前提。Note： Noise FigureSNR = Ps/PiF = SNRin/SNRout （1正无穷 ） Noise Factor 噪声因子NF(dB) = 10logF ( 0正无穷)Noise Figure 噪声系数， Noise Factor 的 dB 形式；1.2 Adjacent Channel Selectivity(ACS)ACS和带内阻塞指标分析类似，考量的是接收频带内

4、存在大的干扰信号时接收机的接 收能力。该指标主要通过上行信道成型滤波器、接收通道增益线性范围以及AGC功能来保证。这里以 ACS为例进行指标分解进行说明。Step1：协议要求允许领导干扰恶化灵敏度6dB，即邻道干扰需要满足 -115dBm 有用信号下得 BER要求；Step2：基带解调门限 Eb/N0 (5dB) -120dBm ；Step3： 25dB 扩频增益 -95dBm；Step4：扣除灵敏度指标下信道内输入总噪声-101dBm -95dBm( 3.16E-13 W)- -101dBm( 7.94E-14W)= 2.36795E-13W(-96.2563dBm) ，即扣除系统噪声外允许

5、引入的其他噪声功率Step5/6 ：协议要求的最大邻道干扰电平 -52dBm -52dBm 96.3dBm = 44.3dB， 即，邻道最小抑制比。以上分析没有考虑大的干扰信号下，接收通道非线性失真的影响。实际设计中需要针 对系统要求的接收信道要求的信号接收功率动态范围(混频器， ADC 等器件的指标考 虑链路增益设计 -AGC，以及增益变化对接收链路 NF 的影响)1.3 Out-of-Band Blocking带外阻塞抑制和 ACS/In-band blocking 指标分析方法一样。只是带外阻塞指标要求干扰 电平更高。对于基站接收机来说，带外干扰信号在进入接收机后首先经过了腔体滤波 器/

6、 双工器对带外干扰进行了一次抑制。 系统设计需要根据讲带外抑制指标分解给滤波 器设计规格。对于 co-location 指标，也是带外的阻塞干扰信号。1.4 Receiver Inter-modulation接收机互调是考量天线口存在两个干扰信号时，其互调产物如果落在信道内时会烦扰 接收机接收有用信号。Step14：同 1.2；Step5：干扰信道电平 -48dBm；Step6：IM3 产物不能大于 -96.3Bm，即 IM3 相对 -48dBm 干扰信号电平为： 48.3dB； Step7：天线 IIP3 = IM3/2 + P_干扰信号 = 48.3dB/2 48dBm = -23.9dB

7、m1.5 Receiver 设计架构1.5.1 接收机设计架构介绍当前基站接收机一般采用 ZIF 设计结构或一次下变频中频欠采样架构（数字与在将中 频下变频到基频）目前基于 RFIC的 LTE基站接收机基本采用这种方案。优点： ZIF大大简化了接收机射频链路设计，节省了产品体积。ADC工作低频，可以提供更有的性能。频率规划简单，无需镜像抑制。缺点： 基带直流失调降低了系统的总体动态范围；对镜频抑制的需求，使得多载波应 用中所能容许的 I/Q 失配非常小； 偶次谐波失真降低了灵敏度； 低辐射对 LO 泄漏指标 的要求更加苛刻；动态范围低于其它结构。1.5.2 ZIF 镜像抑制介绍负频率概念？1.

8、6 ADC 指标分析1.6.1 RF 前端增益确定1. 确定系统噪声系数如 1.1 分析， WCDMA系统 NF7.1dB 即可满足协议要求的灵敏度指标要求。为了 保证更优的指标和设计余量， NF 设计指标定位 4dB（NFsys），假设 ADC对系统噪 声系数影响为 0.5dB，模拟电路总的噪声系数为 3.5dB（ RF前端 NF1）。ADC的参数如下：基于以上 ADC参数，其等效噪声系数 NF2 如下：如下图示，确定 RF前端的增益 PG1和 ADC 的等效噪声系数 NF2（27.2dB，ADC 自 身底噪相对于热噪声） 。2. RF前端增益 PG1 确定增益计算公式如下：1.6.2 无阻

9、塞条件下天线口和 ADC口功率对应关1.6.3 ADC阻塞信号电平对 RF 前端增益要求ADC 输入端的最高阻塞信号电平（工作频带内和工作频带外）；阻塞电平分析时需要考虑余量（ ADC 满量程电平和 ADC最大输入端电平差） ，通常我们不希 望阻塞信号的峰值电平高于 ADC 满量程电平。假设预留 7dB 余量，天线口阻塞电平为 -30dBm ，计算从天线口到 ADC 输入口的增益 PG1： = FS 7dB 阻塞信号电平 FS为 ADC 满量程输入电平 Full-scale= +4dBm 7dB （-30dBm）= 27dB, 或从 33dB 标称增益降低 6dB如果接收机链路（包括 ADC）

10、的动态不能满足设计要求时，需要通过AGC 功能实现大小信号下接收机性能。从在阻塞时电路噪声和失真会恶化系统噪声系数：ADC造成NF &失真的劣化存住阻去时.竽效NF（N D） = 7dB. 对应J“24dBm冇用信号ADC 存在阻塞吋，电路噪声和失真使得系统NF从4dB增至7dB模拟电路的（NF +失真）A3.5dB增至4dB ADC的（NF +失真）使系统的总体（NF +失真）提高3dB计算ADC（噪声+失真）的影响存7TFHM时,耳效 NF(N + D)7dB. 对应于.121dBm 利川F2 = (Fsys-F1)xG1 + 1;NF2 = 10xlog (F2)计算ADC等效NF (包

11、括失貞)=31dB2.发射机发射机主要性能要求：1. 信号质量（ EVM）2. 杂散辐射产物（ ACLR， SEM）2.1 Transmitter 设计架构介绍2.2 可能出现的问题噪声底 交调 / 邻道泄漏抑制LO 泄漏镜像边带2.3 IMD 和 ACLR1. 对宽带无线系统， IMD 不仅影响 ACLR，还影响 EVM。对 ACLR的影响更大。 OIP3 是 关键参数， Third Order Intercept Point(IP3).OIP3 = IM/2 + Po2. 降低输出功率可以改善 ACLR，但最终收底噪限制；3. 利用 3 阶交调 OIP3 简单估算 ACLRPt = 包括所

12、有载波的总输出功率，利用两个单频载波在每载波输出功率为(Pt - 3dB) 状态下推算的 IM3 值可以估算：单载波 ACLR = | IM3 | -3 dB双载波 ACLR = | IM3 | - 9 dB4 载波及以上 ACLR = | IM3 | - 12dB估算中未计及噪声底2.4 LO Leakage修正办法改变基带 I，Q 信号中的 DC偏移 ?需要较高的 DAC 分辨率 有源对消电路反馈环 ?此部分是数字预失真控制环路的一部分2.5 Image suppression修正办法调节 I/Q 输入的幅度和相位偏 ?需要较高的 DAC 分辨率 设置一个固定的偏移量作一阶 利用反馈环作有

13、源修正 ?结合到数字预失真环路中实现3 PA 设计架构3.1 PA 设计架构介绍功率回退较低功率 = 较低的交调 = 较高邻道泄漏抑制 ACLR 直接影响效率 ; 对 WCDMA 应用，效率 5% 开环射频预失真 X 闭环射频预失真 X 前馈 X 数字预失真A优点-話性能nJ得到出色的修正效果-宽带适合多载波-效率可达15%-自适应产品化生产时容忍较大参数偏差-成本适中A弱点-DSP算法开发投入大-耍求高性能的侦测接收通道低功率微微蜂窝和智能天线应用一适合功率回退和开环射频预失真A中等功率一微蜂窝-开环或闭环射频预失真：数字预失真大功率宏蜂窝-数字预失真3.2 数字预失真反馈侦测通道必须干净： 这个通道内的失真无法消除， 如果失真严重无法侦测到发射信号的 实际失真情况，会引入反的修正修过。数字预失真IMD交调修正:ACLRACLRA ACLR 可改善25dBA效率可提升到15%-可节约花在大功率器件上的费用数字预失真的附带修止功能LOCarrierLeakage| ACLRACLR |消除零中频发送信道的本振泄漏-基本“免费”利用简单的算法对I/Q的DC偏移量调 整；可将本振泄漏调整至v60