测量CDMA接收机的阻塞
发布时间：2010-8-30 13:55
发布者：techshare
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需求 CDMA无线系统与老式的AMPS工作在同一频段。AMPS射频方案把频率划分成很多相邻的窄带FM信道，而CDMA射频方案则占用少量的宽带射频信道。这样，CDMA信道规划不得不包含现存的AMPS信道，而AMPS作为一个干扰源将会降低CDMA链路的性能指标。 在此我们讨论影响蜂窝频段CDMA手机设计和性能的两种主要机理： 倒易混频，即在点频干扰存在的情况下，本振相位噪声会阻塞接收到的射频信号。 交叉调制，结果是来自手机发射机的泄漏使接收机低噪放过驱动。 蜂窝频段频率规划的背景 AMPS服务频段位于美国850MHz蜂窝波段: 824MHz到849MHz上行(手机中发射机反向信道) 869MHz到894MHz下行(手机中接收机前向信道) AMPS频道以30KHz为间隔，峰值频偏每个频道约占24KHz。 CDMA服务占用同样的美国蜂窝频段，CDMA信道排列与AMPS的30KHz间隔对准（即每个信道跨越好多个30KHz），每个CDMA信道占用1.23MHz频宽。为了管理这一分布，移动电话运营商分配到了12.5MHz的频段，最近的AMPS信道与最近的CDMA信道边界相距285KHz（即CDMA边界离AMPS信道中心距离9个30KHz AMPS信道加上15KHz），见图1，其中AMPS载频是CDMA信道的一个干扰源。  图1 CDMA信道和最近的AMPS载频的关系 当最近的AMPS信道比CDMA信号电平强很多时，它对CDMA频道来说就是一个单音干扰，干扰频率偏移是： 1.23MHz CDMA频道带宽/2=离信道边界615KHz 285KHz+615KHz=900KHz 这是最近的AMPS干扰信道离指定CDMA信道中心的偏差。这一干扰源的功率强度相对于被干扰CDMA信道的灵敏度（-101dBm）在3GPP2的空中接口标准中定义为最差情况下（-30dBm）的测试音调。 CDMA手机的单音阻塞 单音阻塞是衡量蜂窝电话在距离指定信道中心频率一定偏差的位置存在窄带干扰发射机时，接收CDMA信号的能力。接收机的阻塞用帧误码率（FER）衡量。对CDMA系统来说，25个以上的手机可以同时同频工作（即在同一信道中心频率上）是它的优点。所谓码分复用（信道划分）就是每个手机的上行和下行载频使用了不同的正交扩频码。为了达到这一目标，CDMA基站必须精确控制每个手机的发射功率，确保所有用户收到同等的功率。相应的，手机的接收机必须有很宽的增益控制范围，当手机离基站最远时，前向链路的典型信号强度只有-101dBm。由于相邻的AMPS系统并不以同样方式管理手机的上行功率，当CDMA手机以它的极限灵敏度接收时，附近的AMPS基站有可能发出一个很强的干扰，这种情况在蜂窝边界特别容易发生。 幸运的是，下行扩频码的特点使手机接收机能够免受邻近信道的干扰。窄带AMPS产生的干扰由手机的相关器“平摊”，因此，处理增益（约25dB）降低了它的影响。由于干扰比较显著，3GPP2规定了一个测试来保证CDMA接收机完全能够处理邻道干扰。3GPP2中CDMA2000标准规定了下列阻塞测试条件： 对于美国CDMA系统，蜂窝频段测试要求最小有效同向辐射功率+23dBm。PCS频段测试要求最小有效同向辐射功率+15dBm（测试1和2），或+20dBm（测试3和4）。干扰发射机的功率规定为-30dBm（测试1和2），或-40dBm（测试3和4）。 当测试CDMA前端IC或零中频接收机的阻塞时，重要的是要注意由单音干扰发射机构成的干扰分量，在测试装置中要重建这些影响。影响阻塞的两个主要因素是：倒易混频和交叉调制。 倒易混频 倒易混频源于单音干扰发射机与接收机的本振信号（Rx LO）的混频。Rx LO存在有限的相位噪声，它与单 音干扰发射机混频，在中频（IF）段产生一个干扰分量，对零中频系统来说干扰位于基带（图2）。  图2 出现干扰发射机时的倒易混频 接收机的阻塞规格是设定LO相噪要求的关键参数。对准确的阻塞测量来说，单音干扰发射机自身的相噪也会对整个干扰电平有影响。因此，在实验室里，应该选用一个低相噪的射频信号源，以保证阻塞的主要来源是Rx LO中的相噪，而不是射频信号发生器。举例来说，参照Maxim的超外差CDMA参考设计（版本3.5），使用MAX2538前端IC和MAX2308中频解调器，在蜂窝频段它的串联噪声系数小于3dB。如果我们假定手机的双工器损失约3dB，可以得到： 接收机的噪声基底 = -174dB/Hz(热噪基底)+3dB(双工器损失)+3dB(LNA输入 - 以系统NF为参考)= -168dB/Hz 如果射频信号发生器的相噪比接收机的噪声基底低10dB，那么： 发生器相噪 = -168dBm - 10Db -(-30dBm) = -148dBc/Hz 其中-30dBm是测试1和2中规定的单音强度。因此，新接收机的噪声基底是10log(10((168/10) + 10(-178/10))=-167.6dBm/Hz。由此可见射频信号发生器的 -148dBc/Hz相噪对接收灵敏度的影响相对较小（只有0.4dB的劣化）。CDMA手机标准要求在900KHz频偏处的最小相噪是-144dBc/Hz。假定对远端相噪的响应是平坦的（在整个频带为-144dBc/Hz），接收机的噪声基底为-167 dBm/Hz，与-168dB/Hz的无干扰噪声基底相差1dB。因此CDMA标准允许接收灵敏度可以由于射频干扰而降低1dB。 交叉调制干扰 当一个很强的发射机泄漏信号出现在接收机的低噪声放大器（LNA）输入端时，会产生交叉调制。这一调制干扰和900kHz处的AMPS信号在LNA中发生交叉调制产生3次非线性谐波，结果使接收机的给定射频信道噪声功率上升。虽然接收机的IP3主要取决于混频器的IP3，但大多数交叉调制主要发生在LNA，由于LNA和混频器之间有带通滤波器，到达混频器输入端的发射机泄漏得到抑制。 为了在接收机测试装置中模拟这一影响，必须在接收机中注入CDMA反向信道调制信号。对蜂窝频段而言，假定双工器收、发之间的隔离度为52dB，天线到双工器发射端口的损失是2dB，那么注入到LNA输入端的发射功率（相对于LNA输入）= +23dBm(相对于天线) + 2dB(双工器损失)-52dB(双工器收、发隔离度)=-27dBm。 用CNR方法测试 图3是测试蜂窝频段CDMA接收机阻塞的完整装置。  图3 蜂窝频段阻塞测试装置 同样的装置可用于PCS频段测试，但是干扰发射机的频偏和功率电平以及发射信号的功率电平必须按表1设定。在这个测试装置中，我们用CNR（载波噪声比）方法测量阻塞。灵敏度定义为在95%的时间内帧误码率（FER）≤0.5%时对应的最小接收功率。在CNR测量中，我们注意到，在3GPP2标准的射频配置1中，业务信道的Ec/Ior 是-15.6dB，相对于9600bps的数据速率，业务信道的Eb/Nt = 4.5dB，处理增益是： 10log(1.2288Mcps/9600bps)= 21.072dB Nt(总噪声功率) = -101dBm (存在单音干扰时的灵敏度) -15.6dB (业务信道的Ec/Ior比) + 21.072dB (9600bps的处理增益) - 4.5dB (所要求的业务信道Eb/Nt比) = -100dBm 因此，在1.23MHz信道宽度上要求能够解调CDMA信号的CNR是-1dB。在我们的测试装置中，我们使用3KHz的RBW，通过比较点频测试信号功率（250KHz处）和整个615KHz I通道带宽上的噪声功率测试。因为给定的接收信号功率是-101dBm，而总共允许的噪声功率是-100dBm，我们可以看到为了满足系统灵敏度要求，CNR是-1dB。 有关这种测试方法的详细说明，请参考Maxim的N-CDMA V4.1参考设计，它使用一个内置VCO的零中频单片接收IC（MAX2585）（图4）。图中绿线表示没有干扰时的信号或TX信号（对给定信号，我们用一个偏离信道频率250KHz、-101dBm的单音注入信号取代CDMA前向信道的调制信号）。蓝线代表干扰和CDMA TX信号同时打开时噪声的上升。  图4 由单音干扰发射机和CDMA发射信号造成的噪声上升 以下步骤概括了测试装置： 调整系统增益，接收相对于3dB衰减器-101dBm的输入信号，3dB衰减器用来模拟双工器的损失。对MAX2585接收IC，设定增益使其标称输出信号电平为8.5mVrms(50Ω负载-28.5dBm)。 打开-24dBm的CDMA的发射信号(比3dB衰减器接收信道频率低45MHz)。 打开相对于3dB衰减器-30dBm的输入点频阻塞信号，观察噪声基底。 调整点频干扰发射机的电平使噪声基底上升（从0到615KHz的总噪声功率比给定的信号电平高1dB）。在这个例子中，我们从25KHz到615KHz积分噪声，以避免频谱分析仪的直流泄漏。 记录在-1dB CNR时的干扰发射电平，计算阻塞的裕度。 在这个例子中，从25KHz到615KHz的总噪声功率是-27.5dBm，输出端得到的点频信号是-28.5dBm，它满足-1dB CNR的要求。单音干扰发射电平在-1dB CNR时为-27dBm，表示MAX2585在被测频率上满足阻塞的要求，有3dB的裕度。 结语 本文按3GPP2标准讨论了阻塞问题，并指出了产生阻塞的主要来源，介绍了一种CDMA接收机测量阻塞的实用方法。 |
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