相位噪聲和TD-SCDMA UE接收器

影響TD-SCDMA接收器的四個(gè)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(duì)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(shí)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(jí)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(shí)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(shí)天線端口的最小輸入功率電平。有七個(gè)項(xiàng)目會(huì)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(gè)項(xiàng)目。采用TD-SCDMA手機(jī)設(shè)計(jì)，雙工是時(shí)分雙工（TDD）。在TDD操作中，當(dāng)接收器打開時(shí)，發(fā)射器應(yīng)關(guān)閉，因此發(fā)射器的本底噪聲對(duì)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(duì)SNR規(guī)格沒有影響，因此，如果基帶電路正確解調(diào)信號(hào)，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(hào)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(duì)于手機(jī)設(shè)計(jì)來說不是問題，因?yàn)殡妷涸肼曂ǔ７浅Ｐ?，例如MAX8878，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(hào)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(gè)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(gè)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(hào)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(hào)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(cè)量波形之間差值的量度。差值稱為誤差向量。兩個(gè)波形都通過匹配的根升余弦濾波器，其帶寬對(duì)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(duì)相位、絕對(duì)幅度和芯片時(shí)鐘時(shí)序來進(jìn)一步修改兩個(gè)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?！癊b“是每比特的能量，”No“是每赫茲的SSB噪聲功率密度?，F(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(jiǎn)化計(jì)算，我們只考慮QPSK調(diào)制類型和Es=2Eb對(duì)于這種類型的調(diào)制，Es是每個(gè)傳輸符號(hào)的能量。

噪聲系數(shù)和 EVM

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

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

對(duì)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(hào)質(zhì)量：

請(qǐng)注意，這里 Φ1（t） 和 Φ2（t） 是兩個(gè) radices 函數(shù)，它們具有以下性質(zhì)： 現(xiàn)在將 Iout 信號(hào)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(duì)于 TD-SCDMA 標(biāo)準(zhǔn)），L 等于 16。獲得這些結(jié)果： 這是一個(gè)非常好的結(jié)果。它顯示信號(hào)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(duì)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(cè)量的最小接收器輸入功率。對(duì)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(cè)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(hào)，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?hào)都是正交的。當(dāng)考慮相位噪聲影響，并用方程7計(jì)算EΘ時(shí)，發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)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(hào)的功率譜密度

EC ： 單通道的功率譜密度

在測(cè)試 1 中，您會(huì)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(shí)，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(huì)影響LO的相位噪聲。下面顯示的是估算電源噪聲影響的簡(jiǎn)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(huì)產(chǎn)生相位誤差。這種相位誤差將具有衰減信號(hào)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(gè)信噪比的降低量可以忽略不計(jì)。

審核編輯：郭婷