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TD-LTE 发射机系统设计分析

TD-LTE 发射机系统设计分析

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    EVM的贡献对整个发射两路而言,主要来自于几部分: 数字处理和链路部分。

    1:CFR (削峰处理), 为了提高 PA 的效率,削峰是目前结合 DPD 最重要的技术,它对系统的 EVM 有着非常重要的影响,不同的削峰技术性能不同,通常的硬削峰会比较简单,但是对系统的影响,尤其是对EVM 的影响会比较大,目前常用的方法峰值对消法,虽然要求的资源比较多,但是对整个系统性能是最优的,此处不详细述具体的 CFR 对 EVM 的影响,但是需要清楚 CFR 对 EVM 有非常重要的影响。

    2:链路部分

    如下式发射链路的通用示意图,我们可以列出 7 个影响 EVM的因素,本文不做详细推导,直接应用结论(2)。

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    A: I/Q 之路不平衡,设增益差为 δ dB

    如果

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    除以上主要影响,通道滤波器的幅频特性失真,通道滤波器的非线性相位失真,链路的非线性失真都会影响发射机的 EVM, 式(5)给出了链路总 EVM 的计算式



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    2.3.3 多天线同步时延误差

    TD-LTE 除了智能天线要求的多天线之间的相位要求之外,3GPP 对多天线之间的相位误差也要求不得大于 65ns, 通常分配到发射机信号链路的延迟不得大于 30ns, 所以对发射链路通常要求调制器共本振,DAC 共时钟,而且由于 DAC 里面集成了 FIFO,通常还要求 DAC 能够同步,同时如果多天线之间的相位延迟是固定的,通常需要进行补偿,如果多天线之间的相位延迟存在不确定性,需要保证不确定性尽量小。

    2.4 Un-wanted EMIssions(杂散辐射要求)

    Un-wanted emissions 包括带外辐射和杂散辐射两部分,带外辐射是是指发射机工作带宽的下限频点到10MHz 距离以内的范围内的辐射要求,以及上限频率以上 10MHz 以内范围的辐射要求,以 UMTS 为列,发射机工作带宽为 2110-2170MH 在,所以带外杂散就是指 2100-2110MHz 以及 2170-2180MHz 范围内的杂散要求;除去带外辐射要求的频率范围内的信号,其他区域的杂散都归于杂散辐射指标的要求。

    2.4.1 Operating band unwanted emissions

    Operating band unwanted emissions 是 Un-wanted emission 中的一种,其近端的贡献主要来至于 DPD后功放的残余非线性产物以及本振信号的相位噪声,而远端的贡献主要来之于发射链路的噪底,以及DPD 后功放的残余非线性产物,发射链路落在带内的杂散对远端辐射也有比较大的影响。

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    如上所示为带内杂散模板,其中蓝色是 FCC 的要求,在偏移 1MHz 时,需要满足 22dBm/MHz, 而中国移动只需要满足 3GPP cat A 的需求,在偏移 1MHz 时,需要满足-11dBm/MHz 的要求,但是为了支持beam forming,需要增加 9dB 的要求,即在偏移 1MHz 时,需要满足-20dBm/MHz 要求,设功放输出功率为 20W(43dBm),对 20MHz 的 TD-LTE 信号而言,为了满足 3GPP 要求。

    0-1MHz: 43dBm-10*log (18MHz)-(-11dBm/MHz) =40.5dBc

    1MHz-10MHz: 43dBm-10*log (18MHz)-(-13dBm/MHz) =42.5dBc

    10MHz: 43dBm-10*log (18MHz)-(--15dBm/MHz) =44.5dBc

    根据如上的结果,可以分配到 DUC,CFR,调制器,功放等每一级,保证级联结果不得低于如上的值。

    2.4 .2 ACLR(邻道泄露功率抑制比)

    ACLR 是指主信号的均值功率和领道信号功率的比值,通常 3GPP cat A 要求其可以取满足于-45dB 的相对比值,或者取-13dBm/MHz 作为绝对的值的领道功率,可以两者取其轻; cat B 是可以在相对 45dB或者绝对-15dBm/MHz 中取其轻,相对带内杂散要求来说,ACPR 要求更低,通常是用来评估发射机系统的非线性指标的,在系统中,PA driver, 调制的非线性,本振信号的相位噪声,以及 DAC 的非线性指标都会影响系统的 ACLR。

    ACLR 是一个系统指标,对应的 PA driver, 调制器的非线性指标为 OIP3, 粗约的转化可以表示为:

    1 载波 ACPR=IIM3I-3dB

    2 载波 ACPR=IIM3I-9dB

    4 载波 ACPR=IIM3I-12dB

    所以可以根据 IM3 算出 OIP3,从而根据 OIP3 的级联公式可以算出对每一级器件的 OIP3 要求。

    2.4.3 Transmitter spurious emissions(发射杂散)

    发射杂散是指 9KHz 到 12.5GHz 频段,除去带内杂散以外的所有频率范围内的杂散要求,这是一个强制的要求,如下总结了通用的杂散指标,发射通道对接收通道的杂散要求,共存杂散指标,共站址等杂散指标要求,对共存,共站址没有列出所有的频率范围,仅仅列出了一些代表部分,具体的设计需要对照3GPP 里面列出的所有频率范围的杂散指标要求。

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    尤其是对接收机的信号干扰,需要保证-96dBm-10*log(100KHz/Hz)=-146dBm/Hz,这是没有滤波器抑制的,需要保证在发射机关断后,其输出的功率极低;对于共站址的-98dBm 杂散要求,需要在设计双工器的时候针对对应的共站址频率进行相应的抑制。

    同时要考虑各种可能的交调产物落在对应的频率范围内(有很多计算交调的工具),需要考虑到各种可能的信号,如时钟频率及谐波,PLL 频率及谐波,以及其相互之间的交调产物。

    2.4.4 发射互调

    发射互调要求是用来测试发射机抑制自身非线性的能力,测试的干扰信号为 5MHz E-UTRA,均值功率为 43dBm-30dB=13dBm 的信号,其位置分别位于离主信号+/-12.5MHz,+/-7.5MH 在,+/-2.5MHz 处,其交调产物要满足图 6 所以的杂散辐射模板。

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    3、TI TD-LTE 发射关键器件要求

    第二节详细解析了发射机的指标要求,本节将依据其指标要求,结合 TI 的方案介绍重点器件的需求(DAC+调制器,时钟,频综)。

    3.1 DAC+调制器

    高带宽:支持 190MHz BW,需要的 DPD 带宽至少 600MHz,DAC 数据速率 750MHz。

    (750*0.8=600MHz) DAC 采样率 750*2=1.5Gpbs, DAC34SH84 采样率 1.5GHz, 支持最大 600MHz 信号带宽。

    低噪声:考虑远端噪声模板要求,保留 13dB 余量,DAC+调制的噪声要求应该低于:-22dBm/MHz-13dB-(-43dBm-(-14dBm))-10lg1MHz=-152dBm/Hz,DAC34SH84 噪底为-156dBm/Hz, TRF3705 噪底 -157dBm/Hz,所以总噪声为大概为-153dBm/Hz。

    平坦度:图 8 为 DAC34SH84+TRF3705 的平坦图,结合频率校准,能够满足平坦度要求。

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图 8 DAC34SH84+TRF3705 平坦度

    SFDR:考虑单载波信号,带宽 20MHz, 对带内杂散指标要求,假设 10%贡献来自于DAC34SH84+TRF3705,SFDR 需要好于: [43dBm-10lg (18MHz)]-[(-22dBm)-(10lg1MHz)]-10lg0.1=63dB

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