WCDMA BTS低成本直接上變頻方案具最佳ACPR特性

直接上變頻是實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)架構(gòu)的最經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，也是基站設(shè)計(jì)中最重要的規(guī)范。I/Q調(diào)制器的載噪比是WCDMA技術(shù)中最關(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梢越档拖到y(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(wú)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。

WCDMA直接上變頻架構(gòu)的結(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50MHz及60MHz下的ACPR(鄰信道功率比)及噪聲性能的要求，其中對(duì)噪聲性能的要求最為嚴(yán)格。該噪聲性能需求由雜散發(fā)射的限制決定(不能超過(guò)此限制，請(qǐng)參見(jiàn)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最大偏移量。最重要的相關(guān)參數(shù)是偏移量為50MHz(-25 dBm)及60MHz(-30 dBm)時(shí)的雜散發(fā)射。此時(shí)的測(cè)量帶寬為1MHz。表2是偏移量為60MHz的實(shí)例。在此偏移量為60MHz的例子中，單載波工作于最差的狀況(載波位于上限頻率2167.5MHz或下限頻率2112.5MHz)。在此例中，偏移60MHz的頻率(即2172.5MHz及2107.5MHz)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60MHZ(2110MHz到2170MHz)，所以直接上變頻架構(gòu)也不考慮采用信道濾波器來(lái)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。

偏移量為60MHZ時(shí)的雜散發(fā)散

-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。

雜散發(fā)散引起的鏈路預(yù)算及噪聲比

此分析中的輸出功率為43dBm。這是單WCDMA載波的rms功率(測(cè)量帶寬為3.84MHz)。雜散發(fā)射為-30 dBm時(shí)測(cè)量帶寬為1MHz。這相當(dāng)于測(cè)量帶寬為3.84MHz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/3.84MHz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(guò)-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60MHz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50MHz下雜散發(fā)射的要求則嚴(yán)格很多，最大值為-25 dBm(帶寬為1MHz)。對(duì)于偏移量為60MHz時(shí)的雜散發(fā)射，可以寬松出5 dB。在帶寬為15MHZ的系統(tǒng)中，偏移量為50MHz的參數(shù)尤為重要，與單載波的情況一樣，偏移50MHz的頻率恰好是2107.5MHz或2172.5MHz，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(lái)說(shuō)，ACPR要求的重要性?xún)H次于載噪?yún)?shù)。ACPR(鄰信道功率比)在UMTS標(biāo)準(zhǔn)中稱(chēng)為ACLR(相鄰信道泄露比)，它是主信道與上下相鄰信道(5MHz偏移)以及相間信道(10MHz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(lái)說(shuō)，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、500MSPS雙DAC)組合后進(jìn)行了測(cè)試，組合中使用被動(dòng)端口，以說(shuō)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(jiàn)，省略了DAC的濾波部分。

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50MHz與60MHz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6dB的余量)(參見(jiàn)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)。

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

圖中顯示了偏移量為60MHz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(guò)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))。

當(dāng)輸出功率為-14dBm時(shí)，ACPR最佳

結(jié)論

以上對(duì)WCDMA基站中直接上變頻模擬調(diào)制器的最大噪聲底的分析，表明TRF3702可以滿(mǎn)足噪聲要求，并帶有足夠的容限。噪聲底不應(yīng)超過(guò)-139 dBc/Hz(包括6 dB的容限)。TRF3702通過(guò)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(mǎn)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(mǎn)足載噪比的要求 。

供稿：德州儀器，Heinz-Peter Beckemeyer