測量CDMA接收機(jī)的阻塞

概述

cdma無線系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成與老式的先進(jìn)移動(dòng)電話系統(tǒng)(amps)工作在同一個(gè)無線頻段，amps系統(tǒng)在推出cdma技術(shù)以前就工作在美國蜂窩頻段。amps射頻方案是把頻率劃分成很多相鄰的相對(duì)窄帶的fm信道，而cdma射頻方案則采用少量的寬帶射頻信道。結(jié)果，cdma信道規(guī)劃不得不包含現(xiàn)存的amps信道，而amps就會(huì)作為一個(gè)干擾使cdma鏈路劣化。
在此我們討論影響蜂窩頻段cdma手機(jī)設(shè)計(jì)和性能的兩種主要機(jī)理：

倒易混頻，即在點(diǎn)頻干擾存在的情況下，本振相位噪聲會(huì)阻塞接收到的射頻信號(hào)。
交叉調(diào)制，結(jié)果是來自手機(jī)發(fā)射機(jī)的泄漏使接收機(jī)的低噪聲放大器過載。
本文還通過測量一個(gè)真實(shí)的系統(tǒng)來演示該系統(tǒng)的優(yōu)良性能。

蜂窩頻段頻率規(guī)劃的背景
amps服務(wù)處于美國850mhz蜂窩頻段:
824mhz到849mhz上行(手機(jī)發(fā)射機(jī)反向信道)
869mhz到894mhz下行(手機(jī)接收機(jī)前向信道)
amps頻道以30khz為間隔，峰值頻偏時(shí)每個(gè)頻道約占24khz。

cdma服務(wù)占用同樣的美國蜂窩頻段，cdma信道排列與amps的30khz間隔對(duì)準(zhǔn)(即每個(gè)信道跨越好多個(gè)30khz)，但是每個(gè)cdma信道占用1.23mhz頻寬。為了管理這一分布，移動(dòng)電話運(yùn)營商分到了12.5mhz的頻段，最近的amps信道位于離最近的cdma信道，即頻段邊界285khz遠(yuǎn)的地方(即cdma邊界離amps信道中心距離9個(gè)30khz amps信道加上15khz)，見圖1。

cdma手機(jī)的阻塞指標(biāo)
阻塞是測量工作在某個(gè)信道的手機(jī)在離此信道中心頻率一給定的頻差的地方有窄帶干擾發(fā)射機(jī)時(shí)接收cdma信號(hào)的能力。接收機(jī)的阻塞用錯(cuò)幀率(fer)來衡量1。
對(duì)cdma系統(tǒng)來說，25個(gè)以上的手機(jī)可以直接同時(shí)同頻工作(即在同一信道中心頻率上)是它的優(yōu)點(diǎn)。所謂碼分復(fù)用(信道劃分)就是每個(gè)手機(jī)的上行和下行載頻使用了不同的正交擴(kuò)頻碼。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，cdma基站必須精確控制每個(gè)手機(jī)發(fā)射機(jī)中發(fā)射出的功率，確保對(duì)所有的用戶收到同樣的功率水平。相應(yīng)的，手機(jī)的接收機(jī)必須有很寬的增益控制范圍，當(dāng)手機(jī)接收機(jī)離基站最遠(yuǎn)時(shí)，前向鏈路的典型信號(hào)強(qiáng)度只有-110dbm。

問題起源于臨近的amps系統(tǒng)并不以同cdma一樣的方式管理手機(jī)的上行功率，當(dāng)cdma手機(jī)正在以它的極限靈敏度接收時(shí)，附近的amps基站有可能發(fā)出一個(gè)很強(qiáng)的干擾，這種情況在蜂窩邊界特別容易發(fā)生。

很幸運(yùn)的是，下行擴(kuò)頻碼的特性使手機(jī)接收機(jī)能相對(duì)免受鄰近頻道的干擾。窄帶amps干擾被手機(jī)的相關(guān)器所“平攤”，因此它的影響被處理增益(約25db)所降低。因?yàn)楦蓴_比較顯著，3gpp2規(guī)定了一個(gè)測試來保證cdma接收機(jī)能完全處理鄰道干擾。3gpp2中cdma2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了下列阻塞測試的條件：

對(duì)美國cdma系統(tǒng)，蜂窩頻段測試要求規(guī)定最小有效的同向輻射功率+23dbm。pcs頻段測試要求規(guī)定最小有效的同向輻射功率+15dbm (測試1和2)，或+20dbm (測試3和4)。干擾發(fā)射機(jī)的功率規(guī)定為-30dbm (測試1和2)，或-40dbm (測試3和4)2。
當(dāng)測試一個(gè)cdma前端ic或一個(gè)零中頻接收機(jī)的阻塞時(shí)，重要的是要注意由單音干擾發(fā)射機(jī)構(gòu)成的干擾分量，在測試裝置中要重建出那些影響。影響阻塞的兩個(gè)主要因素是：倒易混頻和交叉調(diào)制。

倒易混頻
倒易混頻發(fā)生于單音干擾發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的本振信號(hào)(rx lo)的混頻。rx lo有有限的相位噪聲，它與單音干擾發(fā)射機(jī)混頻，在中頻(if)產(chǎn)生了一個(gè)干擾分量，對(duì)零中頻系統(tǒng)來說干擾就在基帶(圖2)。

舉例來說，參照maxim的超外差cdma參考設(shè)計(jì)(版本3.5)，使用max2538前端ic和max2308中頻解調(diào)器，在蜂窩頻段它的級(jí)連噪聲系數(shù)小于3db。如果我們假定手機(jī)中的雙工器的損失約3db，我們可以得到：

如果射頻信號(hào)發(fā)生器的相噪比接收機(jī)的噪聲底低10db，那么:

這里-30dbm是測試1和2種規(guī)定的單音強(qiáng)度(表1)。因此新接收機(jī)的噪聲底是:

由此可見射頻信號(hào)發(fā)生器的-148dbc/hz相噪對(duì)接收靈敏度的影響相對(duì)較小(只有0.4db的劣化)。

cdma手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)要求在900khz頻偏處的最小相噪是-144dbc/hz。假定對(duì)遠(yuǎn)端相噪是平坦響應(yīng)(在整個(gè)頻帶上是-144dbc/hz)，計(jì)算的結(jié)果給出接收機(jī)的噪聲底是-167dbm/hz，比-168db/hz的無干擾噪聲底差1db。因此cdma標(biāo)準(zhǔn)允許接收機(jī)靈敏度可以由于射頻干擾的產(chǎn)生而劣化1db。

采用cnr方法的測試實(shí)例

圖3是測試蜂窩頻段cdma接收機(jī)的阻塞的完整裝置。同樣的裝置可用于pcs頻段測試，但是干擾發(fā)射機(jī)的頻偏和功率電平以及發(fā)射信號(hào)的功率電平必須按表1來相應(yīng)設(shè)定。在這個(gè)測試裝置中，我們使用cnr (載頻噪聲比)方法來測量阻塞。

因此，在1.23mhz信道寬度上要求能夠解調(diào)cdma信號(hào)的cnr是-1db。在我們的測試裝置中，我們使用3khz的rbw，通過比較點(diǎn)頻測試信號(hào)功率(250khz處)和整個(gè)615khz i通道帶寬上總共的噪聲功率來測試。因?yàn)榻o定的接收信號(hào)功率是-101dbm，而總共允許的噪聲功率是-100dbm，我們可以看到為了滿足系統(tǒng)靈敏度要求，cnr是-1db。

為了說明這個(gè)方法，參照maxim的n-cdma v4.1參考設(shè)計(jì)的測量，它使用一個(gè)內(nèi)帶vco的零中頻單片接收ic (max2585) (圖4)。綠線表示在沒有阻塞和發(fā)射信號(hào)時(shí)的給定信號(hào)(對(duì)給定信號(hào)，我們用一個(gè)偏移信道頻率250khz，-101dbm的單音來充當(dāng)cdma前向信道的調(diào)制信號(hào))。藍(lán)線代表阻塞和cdma發(fā)信號(hào)同時(shí)打開時(shí)噪聲的上升。下列步驟概括了測試裝置：

結(jié)論

本文按3gpp2標(biāo)準(zhǔn)討論了阻塞，討論了阻塞的主要來源，給出了在cdma接收機(jī)中測量阻塞的實(shí)用方法。有關(guān)maxim超外差和直接轉(zhuǎn)換ic的進(jìn)一步資料，請(qǐng)?jiān)L問maxim網(wǎng)站：無線、射頻(rf)與電纜。