影響TD-SCDMA接收器的四個重要問題：相位噪聲、噪聲系數(shù)、I/Q相位不平衡和電源噪聲。誤差矢量大小用于指定描述這些因素對無線電接收器的影響。給出了估算電源噪聲、I/Q平衡和LO相位噪聲影響的公式。

介紹

時分、同步碼分多址 （TD-SCDMA） 用戶設(shè)備 （UE） 接收器設(shè)計(jì)必須平衡許多因素的影響，以滿足系統(tǒng)靈敏度規(guī)范。使用級聯(lián)噪聲系數(shù)技術(shù)計(jì)算靈敏度是基本的。設(shè)計(jì)人員在計(jì)算接收器靈敏度時還必須考慮壓控振蕩器 （VCO） 相位噪聲、同相/正交 （I/Q） 相位平衡和電源噪聲。本文介紹了通過使用誤差矢量幅度（EVM）計(jì)算來包含這些問題的公式。

與靈敏度規(guī)格相關(guān)的一些因素

參考靈敏度性能可能是接收器最重要的規(guī)格。通常，它是指當(dāng)系統(tǒng)滿足所需的誤碼率（BER）時天線端口的最小輸入功率電平。有七個項(xiàng)目會影響此規(guī)范：

接收器的噪聲系數(shù)

發(fā)射器的本底噪聲

I/Q增益不平衡

I/Q正交相位不平衡

相位噪聲

電源電壓噪聲

線性相位失真

線性幅度失真

第 1 項(xiàng)和第 2 項(xiàng)描述了添加的白噪聲的影響，因此我們可以使用組合噪聲圖來描述這兩個項(xiàng)目。采用TD-SCDMA手機(jī)設(shè)計(jì)，雙工是時分雙工（TDD）。在TDD操作中，當(dāng)接收器打開時，發(fā)射器應(yīng)關(guān)閉，因此發(fā)射器的本底噪聲對于TDD模式手機(jī)設(shè)計(jì)來說不是問題。

第3項(xiàng)，I/Q增益不平衡可能對SNR規(guī)格沒有影響，因此，如果基帶電路正確解調(diào)信號，則可以容納I和Q支路之間2或3dB的差異。第6項(xiàng)，電源的噪聲，可以通過兩種方式影響信號路徑：

1） 大多數(shù)有源電路將充當(dāng)幅度調(diào)制器。這種作用是由增益隨電源線上的噪聲而變化引起的。

2） VCO 用作相位調(diào)制器。通常這對于手機(jī)設(shè)計(jì)來說不是問題，因?yàn)殡妷涸肼曂ǔ７浅Ｐ。鏜AX8878，規(guī)格為30Hz至10KHz范圍內(nèi)的100μVrms。

項(xiàng)目7和項(xiàng)目8是線性失真，可由基帶處理器進(jìn)行補(bǔ)償。由于數(shù)字信號處理器（DSP）可以消除這種類型的失真，因此在本文中我們將忽略這兩個項(xiàng)目。

下面我們將詳細(xì)討論UE接收器設(shè)計(jì)中最重要的四個問題：相位噪聲、噪聲系數(shù)、I/Q相位不平衡和電源噪聲。誤差矢量幅度（EVM）將用于量化這些項(xiàng)目。

誤差矢量大小

EVM規(guī)范通常用于描述傳輸信號的調(diào)制精度。TD-SCDMA和寬帶CDMA（WCDMA）標(biāo)準(zhǔn)都使用此規(guī)范來指示傳輸信號的質(zhì)量。我們知道接收器的BER規(guī)范通常被描述為SNR（或Eb/No）的功能。EVM 和 Eb/No 之間有關(guān)系嗎？3GPP TS25.102給出了EVM定義如下：

誤差矢量幅度是（理想）波形與測量波形之間差值的量度。差值稱為誤差向量。兩個波形都通過匹配的根升余弦濾波器，其帶寬對應(yīng)于所考慮的芯片速率和滾降α = 0.22。然后通過選擇頻率、絕對相位、絕對幅度和芯片時鐘時序來進(jìn)一步修改兩個波形，以最小化誤差矢量。EVM 結(jié)果定義為平均誤差矢量功率與以 % 表示的平均參考功率之比的平方根。

從上面的定義中，我們知道Eb/No=1/ （EVM）2。“Eb“是每比特的能量，”No“是每赫茲的SSB噪聲功率密度。現(xiàn)在我們將嘗試找出EVM和NF，相位噪聲，I / Q增益不平衡和I / Q相位不平衡之間的關(guān)系。為了簡化計(jì)算，我們只考慮QPSK調(diào)制類型和Es=2Eb對于這種類型的調(diào)制，Es是每個傳輸符號的能量。

噪聲系數(shù)和 EVM

假設(shè)輸入信號功率電平為Ps，級聯(lián)噪聲系數(shù)為NF，我們有以下公式：

注意：Ts是一個傳輸符號的周期，T是絕對溫度，這里假設(shè)為290°K，K是玻爾茲曼常數(shù)，Rs是符號速率，Rc是芯片速率，L是擴(kuò)頻因子（SF），SNR是信噪比。

對于TD-SCDMA手機(jī)，該標(biāo)準(zhǔn)要求-108dBm參考靈敏度水平，并建議9dB噪聲系數(shù)。我們假設(shè)噪聲系數(shù)為7dB，允許2dB裕量。擴(kuò)頻因子“L”為16，芯片速率等于1.28Mbps（兆比特每秒）。將這些值插入上述公式可得到以下結(jié)果：

相位噪聲和 EVM

下圖有助于了解相位噪聲如何影響信號質(zhì)量：

請注意，這里 Φ1（t） 和 Φ2（t） 是兩個 radices 函數(shù)，它們具有以下性質(zhì)： 現(xiàn)在將 Iout 信號投影到 Φ1（t） 基數(shù)： 注意：GΘ（f） 是 DSB 相位噪聲功率密度。 然后：通常此規(guī)范沒有問題。如果我們考慮低于典型的本振（LO）相位噪聲規(guī)格，則可以計(jì)算EVMp規(guī)格。

考慮芯片速率等于 1.28Mbps（對于 TD-SCDMA 標(biāo)準(zhǔn)），L 等于 16。獲得這些結(jié)果： 這是一個非常好的結(jié)果。它顯示信號沒有明顯的衰減。根據(jù)TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)，上述LO相位噪聲規(guī)格對于基準(zhǔn)靈敏度規(guī)格沒有問題。參考靈敏度是在誤碼率不超過指定值的天線端口處測量的最小接收器輸入功率。對于表0中規(guī)定的參數(shù)，誤碼率不得超過001.1。

表 1.參考靈敏度測試參數(shù)

參數(shù)	水平	單位
ΣDPCHo像素 /Ior	0	分貝
	-108	分貝/1.28兆赫

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)要求，所有輸入功率均為信號，沒有其他代碼通道。在實(shí)際工作環(huán)境中，手機(jī)將接收許多其他代碼通道。在理想情況下，其他代碼將沒有問題，因?yàn)樗行盘柖际钦坏摹．?dāng)考慮相位噪聲影響，并用方程7計(jì)算EΘ時，發(fā)現(xiàn)這是一個嚴(yán)重的問題。下表給出了多路徑案例 1 通道中的專用通道 （DCH） 參數(shù)：

表 2.多路徑案例 1 通道中的 DCH 參數(shù)

DPCH ： 專用物理通道

IOR ： 正向通道的CDMA功率譜密度

IOC：干擾噪聲和信號的功率譜密度

EC ： 單通道的功率譜密度

在測試 1 中，您會發(fā)現(xiàn) Ec/Ior 為 -19dB，因此 EΘ 將增加 19dB，結(jié)果如下：

與等式3和4相比，這還不夠。良好的設(shè)計(jì)實(shí)踐要求3dB裕量來考慮多徑衰落。為此，在3KHz、1KHz、10KHz偏移時，相位噪聲規(guī)格應(yīng)提高20dB。ΘrmsTs 應(yīng)小于 1.1°。

電源噪聲

電源的噪聲會影響LO的相位噪聲。下面顯示的是估算電源噪聲影響的簡單公式：

Kp是VCO的推力系數(shù)，Psn是電源的噪聲功率，fc是PLL濾波器的3dB轉(zhuǎn)折頻率。

例如，MAX2392的VCO的Kp規(guī)格為2MHz/V，MAX8878的Psn規(guī)格在900Hz至10KHz范圍內(nèi)為100μVrms2。假設(shè) fc 的 PLL 帶寬等于 5KHz，我們得到以下結(jié)果：

RMS相位噪聲是可以接受的，主要是由于MAX8878的低噪聲。

解調(diào)器相位不平衡

由于兩條路徑中的不匹配，任何I/Q解調(diào)器都會產(chǎn)生相位誤差。這種相位誤差將具有衰減信號功率的作用，從而降低信噪比。I/Q相位不平衡僅影響基準(zhǔn)電壓源靈敏度，通常非常小。以下是計(jì)算相位誤差引起的靈敏度下降的公式：

如果Θ=5°，信噪比衰減0.017dB。這個信噪比的降低量可以忽略不計(jì)。

審核編輯：郭婷