TD-SCDMA手机射频前端设计的关键技术

发射信号调制精度EVM

EVM是衡量发射机发射信号调制精度的一个重要指标，需注意的是该指标不是简单定义射频信号的调制精度，而是先将射频信号映射到I/Q平面，然后经过匹配滤波器， 再抽样得到离散的I/Q数值，EVM衡量的是该离散I/Q数值的精度。它与射频信号的精度是不一样的，原因是在求离散I/Q数据点时采用了成型滤波器，在频域上看该滤波器可以将带外噪声抑制掉一些，从而提高了调制精度指标。3GPP标准中还指出在测量时，应尽可能地调整解调过程中本振的频率和相位，以及采取所有可能的措施使最终误差最小，这也就是说射频调制信号中有些失真与干扰将不计入EVM值，这些包括射频通道的线性失真、载波泄漏、I/Q正交调制器的移相偏差、正交分量与同相分量幅度的不平衡，这样算下来，影响EVM指标的还有两大因素：相位噪声与非线性产物。方程1是一个简化公式用来估算EVM值。

EQ1

其中，ACLR是指相邻信道的ACLR测量值，Qrms是累积相位误差，9.5是针对TD-SCDMA标准的一个修正值。

为验证方程1是否正确，我们先利用ESG信号源产生简单的QPSK I/Q信号，这里码片速率为 1.28M，成型滤波器为0.22滚降系数的根升余弦滤波器，将该信号加到图1所示参考设计的输入端，调整参考设计配置使其输出功率为21dBm，这时利用FSIQ测得EVM约等于3.5%，邻信道ACLR为-38.5dBc；接下来我们移开ESG信号源，将参考设计的TxI+短接到地，从而在天线端口得到一个正弦波信号，用FSIQ测量该正弦波的相位噪声，最后计算出1kHz-1MHz范围内累积相位噪声约为1.5度。我们将上面测试结果代入方程1式得:

EQ2

比较EVM测量值和计算值，其误差不到一个百分点，可见方程1作为EVM的估算公式还是很有效的。3GPP标准要求EVM指标不大于17.5%，由上面测试结果可以看到图1所示参考设计有很大余量。

接收机灵敏度与NF

接收机灵敏度是一个系统指标，不仅接收机射频通道的性能影响该指标，基带单元的解调算法也会影响该指标，用此指标来直接衡量射频接收机的性能好坏显然不合适。接收机射频通道对小信号的恶化主要是加性白噪声的影响，它反应接收机的噪声系数指标。相位噪声也会影响信号接收质量，但在小信号时相对加性白噪声的影响则微乎其微，故在此不考虑相位噪声的影响。因此当接收机基带单元确定的情况下，接收机灵敏度信号电平则与整机噪声系数有着直接对应关系。3GPP TR 25.945标准指出只要接收机噪声系数不大于9dB，整机就应该满足灵敏度指标(灵敏度电平为-108dBm)要求，这里也暗示了如还有问题，则应该是基带解调的问题，与射频接收机无关。图1所示的参考设计整机噪声系数约为5.7dB，相对9dB的最低要求有3.3dB余量，因此采用该射频套片的手机其整机灵敏度应能达到-111dBm。

接收机非线性指标要求

3GPP TD-SCDMA标准众多指标中有很多与接收机非线性有关，这些指标归纳起来有两类：一类是为防止小信号时强干扰造成性能下降而设定的指标，如阻塞、杂散响应、双音互调；另一类指信号自身幅度太强，这里仅有一个指标就是最大输入信号电平指标。为灵活应对这些指标要求，同时考虑手机的节电要求，MAXIM为接收芯片MAX2392设计了多种工作模式。MAX2392的低噪声放大器有高低两种增益模式，混频器也有两种增益模式，同时混频器的线性度也有两档，这样组合起来MAX2392有四种区别比较明显的模式：HGML、HGHL、MG、LG。HGML指高增益中等线性度模式，这时低噪声放大器处于高增益状态，混频器处于高增益低线性度状态。HGHL指高增益高线性度模式，这时低噪声放大器处于高增益状态，混频器处于高增益高线性度状态。MG指中等增益模式，这时低噪声放大器处于高增益状态，混频器处于低增益状态，与混频器的线性度无关。LG指低增益模式，这时低噪声放大器与混频器都处于低增益状态，与混频器的线性度无关。下面分别就一些具体的非线性指标要求做详细讨论。

a)接收机最大输入信号电平指标。该指标涉及到接收机的两个问题：接收机通道增益控制范围，因为该指标规定了天线端口最大输入信号电平，而灵敏指标规定了最小输入信号电平，我们总希望基带接口处电平恒定，这就要求通道增益控制范围至少大于这两个指标规定的电平之差；该指标牵扯到的另一个射频通道技术指标就是要求通道在如此大的信号电平下不能发生明显的限幅。针对该指标要求，MAXIM建议将MAX2392置为低增益模式。图1所示参考设计在低增益模式下测到输入1dB压缩点为-11.6dBm，而最大输入信号电平为-25dBm，显然可以满足要求。

b)杂散响应与阻塞指标。杂散响应主要是针对超外差接收机提的指标，杂散响应点也称为寄生频道，它是射频本振与中频的组合频率。与一般阻塞相比，当干扰落在这些寄生频道上时，它会对系统造成更大的危害。MAX2392是零中频接收机，所以该问题不明显。阻塞指标又分为频段内阻塞指标与频段外阻塞指标，频段外阻塞指标对系统的影响部分地可由前端射频滤波器解决。阻塞信号对系统的影响有四个方面：倒易混频影响、交叉调制影响、阻塞信号二次项成份的影响、阻塞信号直接透过信道滤波器加到基带单元输入端口造成的影响。倒易混频影响是指干扰信号与本振边带噪声混频产物对系统的影响，它与本振相位噪声指标有关，与通道非线性指标无关，后文再作详细讨论。阻塞信号直接透过信道滤波器造成的影响与信道滤波器的带外抑制特性有关，与通道非线性指标无关，我们也把这个影响放到后面去讨论。

图2是以放大器为例来说明交叉调制现象，混频器也有交叉调制现象。图2中f1频点处信号可认为是阻塞信号，假定其功率谱密度函数为矩形函数，频点f2处点频信号是所要的信号，由图中看到在输出信号频谱中f2处有三角型频谱出现，这也就是所说的交叉调制产物，该交叉调制产物大小与通道三阶截止点有关，当输入阻塞信号为平稳正态过程时，交叉调制产物功率可由方程3算出:

EQ3

即便频点f2处所要的信号不是点频信号，交叉调制产物依然存在，且电平大小同样由方程3给出，只是这时交叉调制产物的频谱形状不再是三角形，而是三角形与信号功率谱密度函数的卷积。上面得出的公式是基于正态噪声这一假设的，一般干扰信号与正态噪声相比更接近恒包络信号，交叉调制产物会小一些，当干扰信号为恒包络时，交叉调制产物为零。

图3：阻塞信号二次项成份对系统的影响模型