針對(duì) WCDMA BTS 的低成本直接上變頻方案具有低噪聲、較佳 ACPR 特性

作者：Heinz-Peter Beckemeyer, 德州儀器

直接上變頻是實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)架構(gòu)的較經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，也是基站設(shè)計(jì)中較重要的規(guī)范。I/Q 調(diào)制器的載噪比是 WCDMA 技術(shù)中較關(guān)鍵的參數(shù)。TRF3702 I/Q 調(diào)制器在保持優(yōu)異的 ACPR 性能的情況下，提供帶有容限的載噪性能。本文將詳細(xì)介紹單載波及多載波 WCDMA BTS 中，對(duì)模擬正交調(diào)制器載噪比的相關(guān)技術(shù)要求。

在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中采用直接上變頻架構(gòu)，通常被視為降低系統(tǒng)成本的方法，因?yàn)樗�可以降低系統(tǒng)復(fù)雜程度與組件數(shù)。圖 1 為 WCDMA 直接上變頻架構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。與雙變頻發(fā)射機(jī)不同，直接上變頻無需中頻信號(hào)發(fā)生器、中頻合成器 (PLL/VCO)、中頻－射頻混頻器以及 SAW 濾波器。

圖 1：WCDMA 直接上變頻發(fā)射機(jī)的 TX 結(jié)構(gòu)圖

WCDMA 技術(shù)中對(duì) I/Q 調(diào)制器的主要性能要求是對(duì)載波偏移 50 MHz 及 60 MHz 下的 ACPR（鄰信道功率比）及噪聲性能的要求，其中對(duì)噪聲性能的要求較為嚴(yán)格。該噪聲性能需求由雜散發(fā)射的限制決定（不能超過此限制，請(qǐng)參見 6.6.3.1.2 [1] 章節(jié)）。

雜散發(fā)射限值

雜散發(fā)射限值決定了載波的較大偏移量。較重要的相關(guān)參數(shù)是偏移量為 50 MHz (-25 dBm) 及 60 MHz (-30 dBm) 時(shí)的雜散發(fā)射。此時(shí)的測(cè)量帶寬為 1 MHz。表 2 是偏移量為 60 MHZ 的實(shí)例。在此偏移量為 60 MHz 的例子中，單載波工作于較差的狀況（載波位于上限頻率 2167.5 MHz 或下限頻率 2112.5 MHz）。在此例中，偏移 60 MHz 的頻率（即 2172.5 MHz 及 2107.5 MHz）恰好處于 Tx 頻帶之外，此時(shí)，雙工濾波器不會(huì)產(chǎn)生任何衰減。

由于工作帶寬為 60 MHZ（2110 MHz 到 2170 MHz），所以直接上變頻架構(gòu)也不考慮采用信道濾波器來減少載波中的噪聲底。I/Q 調(diào)制器本身需要提供足夠的噪聲性能。

圖< 2：偏移量為 60 MHZ 時(shí)的雜散發(fā)射

-30 dBm 表示絕對(duì)噪聲電平 (absolute noise level)，它決定了 I/Q 調(diào)制器的載噪比性能。表 1 中的計(jì)算結(jié)果為所需的載噪比性能。

表 1：雜散發(fā)射引起的鏈路預(yù)算及噪聲底

此分析中的輸出功率為 43 dBm。這是單 WCDMA 載波的 rms 功率（測(cè)量帶寬為 3.84 MHz）。雜散發(fā)射為 -30 dBm 時(shí)測(cè)量帶寬為 1 MHz。這相當(dāng)于測(cè)量帶寬為 3.84 MHz 時(shí)，功率為 -24.16 dBm�？紤]到噪聲底的系統(tǒng)容限為 6 dB，所以 PA 輸出端的噪聲底為 -30.16 dBm。這相當(dāng)于載噪比為 -73.16 dBc/3.84 MHz 或 -139 dBc/Hz。這意味著，輸出功率為 -10 dBm 的I/Q 調(diào)制器輸出端的噪聲底不應(yīng)超過 -149 dBm/Hz。

在多載波設(shè)計(jì)中，此噪聲性能不一定很難達(dá)到，原因是 60 MHz 的偏移量會(huì)迫使頻率在某個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，雙工濾波器已經(jīng)衰減了一定量的噪聲。而對(duì)偏移量為 50 MHz 下雜散發(fā)射的要求則嚴(yán)格很多，較大值為 -25 dBm（帶寬為 1 MHz）。對(duì)于偏移量為 60 MHz 時(shí)的雜散發(fā)射，可以寬松出 5 dB。在帶寬為 15 MHZ 的系統(tǒng)中，偏移量為 50 MHZ 的參數(shù)尤為重要，與單載波的情況一樣，偏移 50 MHZ 的頻率恰好是 2107.5 MHz 或 2172.5 MHz，此時(shí)雙工濾波器起不到降噪作用。

ACPR 要求

對(duì)于 WCDMA 中的 I/Q 調(diào)制器來說，ACPR 要求的重要性僅次于載噪?yún)��?shù)。ACPR（鄰信道功率比）在 UMTS 標(biāo)準(zhǔn)中稱為 ACLR（相鄰信道泄露比），它是主信道與上下相鄰信道（5 MHz 偏移）以及相間信道（10 MHz 偏移）的功率比。UMTS 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于相間信道及相鄰信道的 ACLR 的要求分別是 45 dBc 和 50 dB。這些值取決于功率放大器的輸出，為避免降低 PA 性能，信號(hào)鏈中單獨(dú)的組件對(duì)這些值要求更高。對(duì) I/Q 調(diào)制器來說，一般的性能要求是低于 60 dBc。

與 DAC5686 組合后的 TRF3702 的性能

TRF3702 [2] 與 DAC5686 [3]（16 位、500 MSPS 雙 DAC） 組合后進(jìn)行了測(cè)試，組合中使用被動(dòng)端口，以說明其在 ACPR 與噪聲方面的性能。圖 3 中顯示了被動(dòng)端口。為簡(jiǎn)潔起見，省略了 DAC 的濾波部分。

圖 3：DAC5686 和 TRF3702 之間的被動(dòng)端口

DAC5686 的輸出的誤差允許范圍是 AVDD – 0.5V 到 AVDD + 0.5V，很容易與 TRF3702 的普通模式輸入電壓 (3.7V) 建立連接。在偏移量為 50 MHz 與 60 MHz 的情況下，噪聲性能低于 -144 dBc/Hz，非常符合計(jì)算出的需要（包括 6 dB 的余量）（參見表 1）。TRF3702 I/Q 調(diào)制器的輸出功率在此配置中為 -8 dBm。在此條件下， ACPR的性能在 64 dBc 的范圍內(nèi)。

圖 4：偏移量為 60 MHz 時(shí)，噪聲與 WCDMA 信道功率的關(guān)系

圖中顯示了偏移量為 60 MHz 時(shí)，噪聲與 TRF3702 輸出端信道功率的關(guān)系。當(dāng)輸出功率在 -15 dBm 的范圍內(nèi)，計(jì)算出的載噪比指標(biāo)可以維持在較低水平，從而可擁有更佳的 ACPR。

當(dāng)輸出功率較低時(shí)，TRF3702 的 ACPR 可超過 71 dBc。圖 1 為單載波 WCDMA 信號(hào)在某個(gè)輸出功率下的 ACPR 工作特性圖（ACPR 為 71.2 dBc，且載噪比仍處于限值范圍內(nèi)）。

圖 5：當(dāng)輸出功率為 –14 dBm 時(shí)， ACPR 較佳 。

結(jié)論

以上對(duì) WCDMA 基站中直接上變頻模擬調(diào)制器的較大噪聲底的分析，表明 TRF3702 可以滿足噪聲要求，并帶有足夠的容限。噪聲底不應(yīng)超過 -139 dBc/Hz（包括 6 dB 的容限）。TRF3702 通過被動(dòng)端口與 DAC5686 連接后測(cè)量出的噪聲性能在 -143 dBc/Hz 范圍內(nèi)。在輸出功率為較高的 -8 dBm 時(shí)，ACPR 為 64 dBc（滿足要求）。當(dāng)輸出功率為較低的 -14 dBm 時(shí)，ACPR 可高達(dá) 71 dBc，仍滿足載噪比的要求 。

參考資料

[1] 3GPP TS 25.104 規(guī)范 6.3.0版本發(fā)布6
[2] TRF3702 產(chǎn)品說明書，http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/trf3702.html
[3] DAC5686 產(chǎn)品說明書，http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/dac5686.html

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