測量CDMA接收機的單音脫敏

本應(yīng)用筆記討論了影響蜂窩頻段CDMA手機設(shè)計和性能的主要機制。具體討論主題包括相互混頻和交叉調(diào)制。基準(zhǔn)測試結(jié)果展示了Analog的V3.5 CDMA參考設(shè)計的系統(tǒng)性能。

介紹

CDMA蜂窩無線電系統(tǒng)被設(shè)計為在與舊的高級移動電話系統(tǒng)（AMPS）相同的無線電頻譜內(nèi)運行，后者早于美國蜂窩頻段的CDMA。AMPS 射頻方案采用許多間隔較近且相對窄帶的 FM 通道。相比之下，CDMA RF方案采用更少但更寬頻段的RF通道。因此，CDMA 信道規(guī)劃必須包括現(xiàn)有的 AMPS 信道，這些信道會通過充當(dāng)干擾源來降低 CDMA 鏈路的性能。

在本應(yīng)用筆記中，我們討論了影響蜂窩頻段CDMA手機設(shè)計和性能的兩種主要機制：

倒易混頻，其中LO相位噪聲干擾所需的輸入RF時

交叉調(diào)制，其中手機發(fā)射器的泄漏過驅(qū)動LNA

我們還通過在實際系統(tǒng)上提供測量來展示良好的CDMA系統(tǒng)性能。

蜂窩頻段頻率規(guī)劃背景

AMPS 服務(wù)駐留在 850MHz 美國蜂窩頻段的頻段段中：

824MHz至849MHz上行鏈路（手機上發(fā)射器的反向信道頻段）

869MHz至894MHz下行鏈路（聽筒上接收器的前向信道頻段）

AMPS 通道間隔 30kHz，在峰值偏差時，每個通道占用大約 24kHz。

CDMA 服務(wù)占用與 AMPS 相同的美國蜂窩頻段，并且 CDMA 通道在 30kHz AMPS 柵格上對齊（即相鄰?fù)ǖ揽缭?30kHz 的倍數(shù)）。然而，每個CDMA信道占用1.23MHz的帶寬。為了管理這種分布，移動電話運營商被分配了12.5MHz頻段段。最近的 AMPS 通道設(shè)置為距離最近的 CDMA 通道邊緣 285kHz，位于帶段邊界處（即，30 個 15kHz AMPS 通道加上到通道中心的 1kHz）。參見圖<>。

圖1.CDMA 信道與最近的 AMPS 載波之間的關(guān)系，作為 CDMA 信道的干擾源。

當(dāng)最近的 AMPS 通道比 CDMA 信號電平強得多時，AMPS 通道充當(dāng) CDMA 通道的單音干擾源。干擾源頻率偏移由公式1表示：

因此，285kHz + 615kHz = 900kHz，這是從最近的干擾AMPS通道到所需CDMA通道中心的偏移。該干擾源的功率電平相對于所需CDMA信道的靈敏度電平（-101dBm）在3GPP2空中接口標(biāo)準(zhǔn)中確定為-30dBm的測試音，最壞情況。

CDMA手機單音脫敏規(guī)范

單音脫敏測量手機在其指定的信道頻率下接收CDMA信號的能力，在附近窄帶干擾器以給定的頻率偏移與指定信道的中心頻率間隔。接收器脫敏通過幀錯誤率 （FER） 來衡量1.

CDMA系統(tǒng)的主要優(yōu)點是25個或更多手機可以直接在彼此之上運行，即在同一信道中心。對于碼分復(fù)用（信道區(qū)分），為每個手機的上行鏈路和下行鏈路載波分配不同的正交擴展碼。

為了完成后一項任務(wù)，CDMA基站必須精確控制每個手機發(fā)射器的功率，以便以幾乎相同的入射功率水平接收所有用戶信號。為了滿足這一要求，手機接收器必須在非常寬的增益控制范圍內(nèi)工作。當(dāng)CDMA手機接收器離基站最遠(yuǎn)時，其正向路徑中的典型信號僅為-110dBm。

由于相鄰的 AMPS 系統(tǒng)不以相同的方式管理手機的上行鏈路電源，因此出現(xiàn)了問題。當(dāng)CDMA手機接收到或接近其靈敏度極限時，附近的AMPS基站可能會（特別是在蜂窩基站邊界）發(fā)送強干擾源。

幸運的是，下行鏈路擴展碼的特性使CDMA手機接收器相對不受近信道干擾的影響。窄帶AMPS干擾源在手機相關(guān)器中“擴散”，因此其影響會因處理增益（約25dB）而降低。由于干擾很大，因此指定了測試以確保CDMA接收器能夠充分管理近信道入侵。3GPP2 CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了單音脫敏測試的以下測試條件：

對于美國的CDMA系統(tǒng)，蜂窩頻段測試要求規(guī)定最小有效各向同性輻射功率為+23dBm。PCS波段測試要求規(guī)定最小有效各向同性輻射功率為+15dBm（測試1和2）和+20dBm（測試3和4）。干擾器電平指定為 -30dBm（測試 1 和 2）或 -40dBm（測試 3 和 4）2.

在測試CDMA前端IC或零中頻接收器的單音脫敏時，重要的是要注意單音干擾器產(chǎn)生的干擾分量，并在測試設(shè)置中重現(xiàn)這些影響。影響單音脫敏的兩個主要因素：互易混音和交叉調(diào)制。

往復(fù)混合

當(dāng)單音干擾器與接收器的本地振蕩器信號（Rx LO）混合時，就會發(fā)生倒易混頻。Rx LO 具有有限的相位噪聲，與單音干擾器混合，在零中頻系統(tǒng)的情況下，會在中頻 （IF） 或基帶處產(chǎn)生干擾分量（圖 2）。

圖2.在干擾器存在的情況下相互混合。

接收機單音脫敏規(guī)格是設(shè)定LO相位噪聲要求的關(guān)鍵性能參數(shù)。對于精確的單音脫敏測量，請注意，單音干擾器自身的相位噪聲也會影響整體干擾水平。因此，對于實驗室測試，您應(yīng)該選擇具有低相位噪聲的RF信號源。這將確保單音脫敏的主要因素來自Rx LO中的相位噪聲，而不是RF信號發(fā)生器。

例如，Analog的超外差CDMA參考設(shè)計（3.5版）使用MAX2538前端IC和MAX2308 IF解調(diào)器IC。接收器在蜂窩頻段的級聯(lián)噪聲系數(shù)（稱為LNA輸入）小于3dB。如果我們假設(shè)移動手機中的雙工器/雙工器損耗約為3dB，則公式2如下：

如果RF信號發(fā)生器中的相位噪聲比接收器本底噪聲低10dB，則：

其中-30dBm是每個測試1和2的指定單音電平（表1）。因此，公式4將新的接收器本底噪聲表示為：

因此，RF信號發(fā)生器中-148dBc/Hz相位噪聲的影響是接收器靈敏度的上升幅度相對較?。▋H下降0.4dB）。

CDMA手機標(biāo)準(zhǔn)要求在144kHz偏移頻率下最小相位噪聲為-900dBc/Hz。假設(shè)遠(yuǎn)相位噪聲的響應(yīng)平坦（目標(biāo)頻帶為-144dBc/Hz），則上述計算給出的接收器本底噪聲為-167dBm/Hz。該電平比無干擾的-1dBm/Hz本底噪聲差168dB。因此，CDMA標(biāo)準(zhǔn)允許接收器靈敏度和脫敏由于RF干擾發(fā)生器而降低1dB。

參數(shù)		單位	測試 1 和 3	測試 2 和 4
與載波的音調(diào)偏移	SR1	千 赫	+900 （BC 0， 2， 3， 5， 7 和 9） +1250 （BC 1， 4 和 8）	-900 （BC 0， 2， 3， 5， 7 and 9） -1250 （BC 1， 4 and 8）
	SR3	千 赫	+2500	-2500
音調(diào)功率		分貝	-30（測試 1 和 2） -40（測試 3 和 4）
		分貝/1.23兆赫	-101
		分貝	-7
		分貝	-15.6 （SR1） -20.6 （SR3）

交叉調(diào)制干擾

當(dāng)接收器的LNA輸入端存在強發(fā)射器泄漏信號時，就會發(fā)生交叉調(diào)制。該調(diào)制干擾源通過LNA中的三階非線性與900kHz AMPS音調(diào)交叉調(diào)制。由此產(chǎn)生的交叉調(diào)制是接收器中所需RF通道處噪聲功率的增加。盡管接收器的IP3由混頻器的IP3主導(dǎo)，但大多數(shù)交叉調(diào)制發(fā)生在LNA中。這是因為由于LNA和混頻器之間的帶通濾波器，混頻器輸入端的TX泄漏非常小。4要在接收機測試設(shè)置中包括這種效應(yīng)，必須將CDMA反向通道調(diào)制信號注入接收機。對于蜂窩頻段，注入LNA輸入的發(fā)射功率表示為公式5：

該公式假設(shè)雙工器的Rx端口的Tx抑制為52dB，天線到雙工器的Tx端口的損耗為2dB。

使用 CNR 方法的測試示例

圖3顯示了用于測試蜂窩頻段CDMA接收器的完整單音脫敏設(shè)置。相同的設(shè)置可用于PCS頻段測試，但干擾器和Tx信號的干擾器偏移和電平必須根據(jù)上表1所示的測試規(guī)范進(jìn)行設(shè)置。在此測試設(shè)置中，我們使用CNR（載噪比）方法來測量單音脫敏。

圖3.細(xì)胞單音脫敏設(shè)置。

靈敏度定義為幀錯誤率（FER）在0%的時間內(nèi)<5.95%的最小接收功率。在CNR測量中，我們注意到對于1GPP3標(biāo)準(zhǔn)中的無線電配置2，流量Ec/Ior為-15.6dB，對于4bps的數(shù)據(jù)速率，流量Eb/Nt = 5.9600dB。處理增益為10log （1.2288Mcps/9600bps） = 21.072dB。因此，我們有公式6：

因此，解調(diào)CDMA信號所需的CNR為-1dB，在1.23MHz信道帶寬中測量。我們使用 3kHz 的 RBW 設(shè)置進(jìn)行測試設(shè)置，并將節(jié)拍測試音功率（250kHz 時）與 615kHz I 通道帶寬上的總集成通道噪聲功率進(jìn)行比較。由于接收到的所需信號功率為-101dBm，而我們的總允許噪聲功率為-100dBm，因此我們觀察到需要-1dB的CNR才能滿足系統(tǒng)的靈敏度要求。

為了演示這種方法，請考慮在Analog的N-CDMA V4.1參考設(shè)計上進(jìn)行的測量，使用零中頻單芯片接收器IC（MAX2585）和片內(nèi)VCO（圖4）。綠色跡線表示在沒有干擾器或Tx信號的情況下所需的信號。（對于所需的信號，我們使用注入250kHz的單音，從-101dBm的通道頻率偏移，而不是CDMA正向通道調(diào)制信號。藍(lán)色跡線顯示干擾器和CDMA Tx信號一起打開時的噪聲上升。以下過程概述了測試設(shè)置：

圖4.由于單音干擾器和CDMA TX信號引起的噪聲上升。

調(diào)整系統(tǒng)增益以接收-101dBm的輸入，該輸入以3dB焊盤的輸入為基準(zhǔn)。此操作模擬雙面打印器丟失。對于MAX2585接收器IC，將增益設(shè)置為8.5mV的標(biāo)稱輸出信號電平有效值（-28.5dBm 至 50Ω）。

在-45dBm時打開CDMA Tx信號（低于Rx通道頻率3MHz，參考24dB焊盤的輸入）。

在-30dBm處打開CW干擾器音，參考3dB焊盤的輸入。觀察本底噪聲上升。

調(diào)整CW干擾器電平以應(yīng)對本底噪聲上升，使從基帶到615kHz的總積分噪聲功率比所需信號電平高1dB。在本例中，我們集成了25kHz至615kHz，以避免分析儀直流泄漏。

記錄-1dB CNR下的干擾器電平，并計算單音脫敏裕量。

在本例中，從25kHz到615kHz的總噪聲功率為-27.5dBm。輸出端的接收音調(diào)為-28.5dBm，滿足-1dB CNR要求。-27dB CNR點的單音干擾電平為-1dBm，表明MAX2585 IC滿足單音脫敏的要求，在測試頻率下裕量為3dB。

總結(jié)

本文討論了符合3GPP2標(biāo)準(zhǔn)的單音脫敏以及單音脫敏的重要因素。提出了一種測量CDMA接收機單音脫敏的實用方法。

審核編輯：郭婷