3G通信系統(tǒng)的直接調(diào)制無線電硬件結(jié)構(gòu)(05-100)

　　圖2 直接變頻接收器結(jié)構(gòu)

　　圖3 3G直接變頻接收器的RF性能預(yù)算實(shí)例

　　本振(LO)信號(hào)與輸入RF信號(hào)的混頻或泄漏耦合到RF輸入,這可能在接收器中產(chǎn)生顯著的dc 電壓電平。對(duì)LO和RF之間進(jìn)行最大隔離和通過諧波器,可使d c 偏移最小。在解調(diào)器I-Q通路中很好地匹配混頻器和放大器的振幅和相位響應(yīng)是關(guān)鍵性的。Si-BiCMOS解調(diào)器SKY73009的振幅和相位平衡可分別達(dá)到0~3dB和1U庵紙獾髕饕簿哂?0dB的LO和RF間隔離,這對(duì)于在接收器中保持低dc偏移信號(hào)是必不可少的。采用低性能解調(diào)器的系統(tǒng)將需要復(fù)雜和昂貴的dc定標(biāo)技術(shù)。

　　采用開關(guān)LNA(前端接收器RFIC的一部分)和Si-BiCMOS解調(diào)器的DCR示于圖3。采用這些關(guān)鍵性的器件,RF分析表明所得到的級(jí)聯(lián)噪聲指數(shù)為3.2dB ,級(jí)聯(lián)增益為70dB。對(duì)于大多數(shù)3G基站實(shí)現(xiàn)(依賴于TTA噪聲指數(shù)和纜線損耗)小于6dB的級(jí)聯(lián)噪聲指數(shù)是可接受的。所以,上面所建議的接收器結(jié)構(gòu),可提供1.9dB額外的系統(tǒng)余量。

　　3G直接變頻發(fā)送器

　　3GPP規(guī)范允許基端發(fā)送分集。用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)調(diào)(降低交叉耦合和增益加分路隔離)和定時(shí)同步,發(fā)送器分集可改善系統(tǒng)信噪比(SNR)和減輕多通路、信號(hào)衰減效應(yīng)。然而,分集將增加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本、尺寸和功耗。采用低成本RFIC器件和直接變頻結(jié)構(gòu),將有助于減輕這種負(fù)面效應(yīng)對(duì)分集發(fā)送器的影響。

　　直接上變頻發(fā)送器結(jié)構(gòu)示于圖4,這種結(jié)構(gòu)正在成為更普遍的形式,這是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)具有元件數(shù)少,功耗低的特點(diǎn)。

　　采用直接變頻結(jié)構(gòu),DAC提供I-Q信號(hào)。來自DAC的I-Q信號(hào)可以是低通濾波的,這樣可去除由DAC引起的混淆、諧波和寄生信號(hào)。然后,用直接正交調(diào)制器對(duì)濾波的I-Q信號(hào)進(jìn)行直接調(diào)制和上變頻到RF頻率。調(diào)制器在I-Q分路之間必須具有適當(dāng)?shù)姆群拖辔黄ヅ?以使調(diào)制信號(hào)信息或誤差向量幅度(EVM)的不純最小。采用正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制信號(hào),WCDMA基站發(fā)送器所允許總的EVM是17.5%。系統(tǒng)工程師將分配大部分EVM系統(tǒng)預(yù)算給HPA(為了改善功率效率)。因此,希望來自調(diào)制器的EVM貢獻(xiàn)要小或沒有。所用的直接正交調(diào)制器的振幅和相位失調(diào)分別小于0.3dB和3o,而對(duì)EVM預(yù)算的貢獻(xiàn)小于5%。

　　圖4 直接變頻發(fā)送器結(jié)構(gòu)

　　圖5 3G直接變頻發(fā)送器的RF性能預(yù)算實(shí)例

　　從LO到RF端口的信號(hào)泄漏應(yīng)最小,這是因?yàn)榇蟛糠种苯幼冾l系統(tǒng)中LO和RF輸入信號(hào)是在相同的頻率,而且,調(diào)制器之后的RF濾波,對(duì)于抑制任何的LO-RF泄漏將是無效的。現(xiàn)在,可以得到大于50dBc LO-RF隔離、大于60dBm 2階輸入截聽點(diǎn)(IIP2)、小于-153dBm/Hz NF電平的直接正交調(diào)制器FRIC。這些RF性能值保證調(diào)制器對(duì)整個(gè)發(fā)送器鏈路的寄生發(fā)射不會(huì)有重大的影響。

　　可以電平控制上變頻信號(hào)來補(bǔ)償部件到部件、分集到主分路和溫度增量變化。需要可變衰減來處理-10dBm~+10dBm(調(diào)制器的典型輸出電平)輸入功率電平,而不影響系統(tǒng)非線性。AA102-80可變衰減工作在大多數(shù)通用無線頻帶(0.5GHz~2.5GHz),它具有大于+45dBm輸入3階分量截聽點(diǎn)(IP3)?？芍玫乃p范圍大于30dBm(1dB步長)。

　　在電平控制之后,發(fā)送信號(hào)在饋入最后高功率放大器之前由線性驅(qū)動(dòng)器放大。驅(qū)動(dòng)器需要具有足夠高的增益(一般20dBm~35dBm)和線性度以滿足整個(gè)系統(tǒng)要求。用較高增益的驅(qū)放大器,可以減少高功率放大器所需的級(jí)數(shù),使得成本降低和效率提高。可以得到大于25dBm RF增益和大于+40dBm輸出3階截聽點(diǎn)(OIP3)的高性能線性驅(qū)動(dòng)器。

　　WCDMA發(fā)送器的關(guān)鍵要求是鄰信道泄漏功率比(ACLR)。3G規(guī)范要求ACLR1(1個(gè)信道或5MHz頻率偏移)小于-45dBc,ACLR2(兩個(gè)信道或10MHz頻率偏移)小于-50dBc。ACLR測(cè)量通常在限定的測(cè)試模式1(包括64個(gè)專用物理信道DPCH信號(hào)和128擴(kuò)展因數(shù))。64個(gè)DPCH信號(hào)的功率電平和定時(shí)隨機(jī)分布來仿真實(shí)際的信號(hào)環(huán)境。3G規(guī)范文件中規(guī)定測(cè)試信號(hào)功率電平定時(shí)。必須仔細(xì)分配發(fā)送器鏈路不同非線性部分的ACLR預(yù)算。表1示出ACLR預(yù)算在主要發(fā)送器部分的分配實(shí)例。

　　3G發(fā)送信號(hào)在0.01%累積互補(bǔ)分布(CCD)點(diǎn)測(cè)量時(shí),其峰值平均值比(PAR)超過10 dB。3G信號(hào)的高PAR值對(duì)功率放大器的線性度提出嚴(yán)格的要求。對(duì)于表1所列ACLR預(yù)算實(shí)例,例1、例2和例3中線性驅(qū)動(dòng)器可分別提供22dBm、20.5dBm和11dBm輸出功率。例3是最可取的配置,因?yàn)樗鼘?duì)基帶元件、調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)器PA配置嚴(yán)格的要求,并會(huì)降低來自這些部分的可用輸出功率,進(jìn)而對(duì)HPA提出更高的增益要求。圖6示出發(fā)送器鏈路框圖和電平實(shí)例,用它可使總ACLR1達(dá)到大于標(biāo)準(zhǔn)-45dBc性能指標(biāo),其線性輸出功率為+41dBm。發(fā)送器ACLR1預(yù)算緊密地反映表1中例2的分配?！?益林)