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。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，從而提高了調(diào)制精度指標(biāo)。3GPP標(biāo)準(zhǔn)中還指出在測量時(shí)，應(yīng)盡可能地調(diào)整解調(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。方程1是一個(gè)簡化公式用來估算EVM值。

EQ1

其中，ACLR是指相鄰信道的ACLR測量值，Qrms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。

為驗(yàn)證方程1是否正確，我們先利用ESG信號(hào)源產(chǎn)生簡單的QPSK I/Q信號(hào)，這里碼片速率為 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。我們將上面測試結(jié)果代入方程1式得：

EQ2

比較EVM測量值和計(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%，由上面測試結(jié)果可以看到圖1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。3GPP TR 25.945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1所示的參考設(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，因此采用該射頻套片的手機(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、雜散響應(yīng)、雙音互調(diào)；另一類指信號(hào)自身幅度太強(qiáng)，這里僅有一個(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)別比較明顯的模式：HGML、HGHL、MG、LG。HGML指高增益中等線性度模式，這時(shí)低噪聲放大器處于高增益狀態(tài)，混頻器處于高增益低線性度狀態(tài)。HGHL指高增益高線性度模式，這時(shí)低噪聲放大器處于高增益狀態(tài)，混頻器處于高增益高線性度狀態(tài)。MG指中等增益模式，這時(shí)低噪聲放大器處于高增益狀態(tài)，混頻器處于低增益狀態(tài)，與混頻器的線性度無關(guān)。LG指低增益模式，這時(shí)低噪聲放大器與混頻器都處于低增益狀態(tài)，與混頻器的線性度無關(guān)。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1所示參考設(shè)計(jì)在低增益模式下測到輸入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)，后文再作詳細(xì)討論。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。

圖2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2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)，由圖中看到在輸出信號(hào)頻譜中f2處有三角型頻譜出現(xiàn)，這也就是所說的交叉調(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)物功率可由方程3算出：

EQ3

即便頻點(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。

圖3：阻塞信號(hào)二次項(xiàng)成份對(duì)系統(tǒng)的影響模型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。

EQ4

阻塞信號(hào)二次項(xiàng)成份對(duì)系統(tǒng)的影響模型如圖3。阻塞信號(hào)的二次失真產(chǎn)物由三部分構(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3已標(biāo)出。注意圖3中的公式是基于正態(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)，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)為9dB，由此可以推出該指標(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。

EQ5

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給出了阻塞指標(biāo)所要求的IP2應(yīng)大于3dBm，圖1的參考設(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緣故，對(duì)此指標(biāo)影響不大。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)為9dB，由此可以推出該指標(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。

EQ6

針對(duì)互調(diào)抑制指標(biāo)所討論的情況，MAX2392應(yīng)設(shè)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。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）的抑制程度為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），可以推出該指標(biāo)所要求的信道濾波器帶外抑制特性：

EQ7 EQ8

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，基帶很容易處理掉，這里只考慮已調(diào)干擾的影響，按與上面帶內(nèi)阻塞同樣的分析方法可推出：

EQ9

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，關(guān)于濾波器的頻響特性曲線請(qǐng)參考MAX2329數(shù)據(jù)手冊。

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1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1所示參考設(shè)計(jì)中發(fā)射芯片MAX2507的鎖相環(huán)是∑-△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)。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。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。仍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），可以導(dǎo)出一個(gè)限制本振遠(yuǎn)端噪聲底的指標(biāo)：EQ10

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，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)于此最低要求。

零中頻接收機(jī)與DC-Offset

但凡零中頻接收機(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，應(yīng)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)？一般有三種情況：一是采用固定高通濾波器，以不變應(yīng)萬變，其優(yōu)點(diǎn)是簡單，缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間長；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，其缺點(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拐點(diǎn)，很明顯它綜合了上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)。