【無線射頻通信】-解析WCDMA發(fā)射機(jī)的工作原理及其要求

----宋停云與您分享--------宋停云與您分享----解析WCDMA發(fā)射機(jī)的工作原理及其要求上世紀(jì)80年月初開頭商用的以模擬技術(shù)為主要特征的移移

1992年，世界無線電會議(WRC)在2GHz四周安排了一個頻段，隨后，國際電信聯(lián)盟無線通信部(ITU-R)開頭著手定義一份3G系統(tǒng)的要求清單，為滿意這些要求提出了很多技術(shù)：包括WCDMA、OFDM、TDSCDMA和ODMA。第三代合作伙伴項(xiàng)目(3GPP)的技術(shù)實(shí)體被指定分析這些提議的技術(shù)。這項(xiàng)工作的結(jié)果是，WCDMA成為了3G系統(tǒng)最傾向于采納的技術(shù)。3GPP曾經(jīng)寫過一個技術(shù)規(guī)范，其中的25.101章包括了WCDMA移頻分復(fù)用模式[FDD]：

．物理信道由兩個參數(shù)確定：RF信道號和信道碼

．適合快速移

．上行和下行鏈路在頻域分開

．下行鏈路比上行鏈路容量大

．上行和下行鏈路都是100%的占空比

時(shí)分復(fù)用模式[TDD]：

．物理信道由三個參數(shù)確定：RF信道號、信道碼和時(shí)隙

．適合室內(nèi)或慢速移

．上行和下行鏈路具有相像的容量并占用相同的信道

．上行和下行鏈路都有DTx

DTX(不連續(xù)傳輸)是一種用于優(yōu)化無線語音通信系統(tǒng)效率的方法，這種方法在沒有語音輸入的時(shí)候隨時(shí)的關(guān)閉移

這種狀況能夠節(jié)省電池能量、減輕放射機(jī)元件的工作負(fù)擔(dān)、使信道更加空閑，允許系統(tǒng)利用空閑帶寬與其它信號共享信道。DTX利用語音活動檢測(VAD)電路工作，在無線放射機(jī)中有時(shí)稱作工作語音傳輸(VOX)。

3GPP還規(guī)范了FDD終端使用僅60MHz帶寬，雙工間隔為190MHz：2110MHz-2170MHz用于移

CDMA原理

在爭論WCDMA放射機(jī)之前，本部分對CDMA的原理進(jìn)行簡潔的概述。CDMA系統(tǒng)使用的信號擴(kuò)展方式為“直接序列”擴(kuò)展方式。為了擴(kuò)展信號，CDMA系統(tǒng)用一個獨(dú)特的、稱作擴(kuò)展碼的編碼乘以未調(diào)制的基帶數(shù)據(jù)，編碼中含有肯定數(shù)量的碼片。

產(chǎn)生的擴(kuò)展數(shù)據(jù)被調(diào)制到載波上用于放射，被調(diào)制的載波帶寬受擴(kuò)頻編碼碼片速率的直接影響。WCDMA使用3.84MHz的碼片速率，產(chǎn)生帶寬很寬的放射頻譜，因此使用“寬帶”一詞。

為了提取原始信息，CDMA接收機(jī)解調(diào)信息載波并使用相關(guān)器(帶有原始放射機(jī)擴(kuò)頻碼)重新生成(解擴(kuò))想要的信號。被提取的數(shù)據(jù)通過一個窄帶的帶通濾波器后依據(jù)需要進(jìn)行進(jìn)一步處理。

WCDMA放射機(jī)規(guī)范要求

3GPP規(guī)范了FDD3G移

鄰近信道功率比[ACPR]：ACPR度量了干擾或者說是相鄰頻率信道功率的大小。通常定義為相鄰頻道(或偏移)內(nèi)平均功率與放射信號頻道內(nèi)的平均功率之比，ACPR描述了由于放射機(jī)硬件非線性造成的失真大小。

ACPR對于WCDMA放射機(jī)來說是至關(guān)重要的，由于CDMA調(diào)制在調(diào)制載波中產(chǎn)生緊密相鄰的頻譜成分。這些成分的互調(diào)制導(dǎo)致中心載波兩側(cè)頻譜的再生，放射機(jī)的非線性將使這些頻譜再生成分進(jìn)入相鄰信道。

誤差向量幅度[EVM]：誤差向量(包括幅度和相位的失量)是在一個給定時(shí)刻抱負(fù)無誤差基準(zhǔn)信號與實(shí)際放射信號的向量差。

由于在每個符號變化時(shí)它也在不斷的變化，這個新的參數(shù)(EVM)定義為誤差向量在一段時(shí)間內(nèi)的RMS值。

EVM對于WCDMA放射機(jī)性能也是非常重要的，由于它表示了放射信號的調(diào)制質(zhì)量。大EVM值將導(dǎo)致糟糕的檢測精度，從而降低收發(fā)機(jī)的性能。

頻率誤差：規(guī)定的載波頻率和實(shí)際載波頻率之差。由于引起鄰信道干擾和低質(zhì)量檢測精度，大的頻率誤差降低了收發(fā)機(jī)的性能。

雜散和諧波：雜散是放射機(jī)中不同的信號組合產(chǎn)生的信號，諧波是放射機(jī)的非線性特性產(chǎn)生的失真產(chǎn)物。諧波產(chǎn)生在放射信號頻率的整數(shù)倍頻率上。定義了一些關(guān)鍵的放射機(jī)參數(shù)以后，我們現(xiàn)在列出了規(guī)范和設(shè)計(jì)3GWCDMA放射機(jī)終端的一些重要的要求。

解析WCDMA放射機(jī)

WCDMA無線射頻方面整機(jī)指標(biāo)相對2G來講嚴(yán)格了許多，主要表現(xiàn)在信號的純度(泄露)、高動態(tài)范圍、調(diào)制帶寬(5MHz)、簡單的碼域分析。為了實(shí)現(xiàn)整機(jī)的外部表現(xiàn)滿意協(xié)議規(guī)范要求，系統(tǒng)內(nèi)個模塊的指標(biāo)安排特別重要。因此在研發(fā)階段單板和主要器件的各項(xiàng)指標(biāo)要求更為苛刻。Maxim供應(yīng)多種WCDMA放射機(jī)IC，掩蓋了大部分通用頻率范圍，在此選用了其中的一個方案作為例子，見圖。

WCDMA超外差放射機(jī)

本放射機(jī)是完整WCDMA收發(fā)機(jī)參考設(shè)計(jì)的一部分，包含4個主要的IC：

MAX2388接收前端

MAX2309IF正交解調(diào)器

TheMAX2363正交調(diào)制器/上變頻器放射IC

TheMAX2291RF功率放大器

放射機(jī)硬件采納380MHz的IF和1920MHz到1980MHz的Tx頻率。雙工器通過將Tx通道(與Rx通道)連接到天線實(shí)現(xiàn)全雙工工作。

在Tx電路后端，MAX2363接收基帶傳送的I、Q差分信號作為輸入、進(jìn)行正交調(diào)制、IF和RFLO頻率合成以及RF上變頻。IFLO由內(nèi)部VCO和PLL合成，頻率為760MHz。外部RFVCO模塊供應(yīng)的-7dBm信號以高端注入方式輸入MAX2363上變頻器。片上RF驅(qū)動器使芯片能夠直接驅(qū)動外部PA。

在Tx電路前端，芯片級封裝的線性PA(MAX2291)在本應(yīng)用中供應(yīng)28dB的增益，輸出功率達(dá)+28dBm。由于PA之后的插入損耗大約為4dB，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的最大天線輸出為24dBm。

完全進(jìn)入工作狀態(tài)以后，WCDMA系統(tǒng)大多數(shù)時(shí)間都工作在中等功率下而不是全功率。MAX2291供應(yīng)了兩種輸出功率的優(yōu)化模式用于滿意這個需求，延長了通話時(shí)間，同時(shí)具有下列預(yù)期的性能：

Vcc為3.5VDC，高功率模式下測得：

Pout=28dBm

頻率=1.95GHz

ACP1=-39dBc(在5MHz偏移測得，3.84MHz帶寬)

功率附加效率=37%

待機(jī)電流Icc=97mA

Vcc為3.5VDC，低功率模式下測得：

Pout=16dBm

頻率=1.95GHz

ACP1=-38dBc(在5MHz偏移測得，