WCDMA發(fā)射機(jī)詳解
發(fā)表時(shí)間:2021-05-29 09:40:14 人氣:2821
簡(jiǎn)單而言,發(fā)射機(jī)就是可以將信號(hào)按一定頻率發(fā)射出去的裝置,主要可分為調(diào)頻發(fā)射機(jī),調(diào)幅發(fā)射機(jī),光發(fā)射機(jī),哈里斯發(fā)射機(jī)等多種類(lèi)型,廣泛應(yīng)用于電視,廣播,雷達(dá)等各種民用、軍用設(shè)備。
CDMA原理
CDMA系統(tǒng)使用的信號(hào)擴(kuò)展方式為“直接序列”擴(kuò)展方式。為了擴(kuò)展信號(hào),CDMA系統(tǒng)用一個(gè)獨(dú)特的、稱(chēng)作擴(kuò)展碼的編碼乘以未調(diào)制的基帶數(shù)據(jù),編碼中含有一定數(shù)量的碼片。
產(chǎn)生的擴(kuò)展數(shù)據(jù)被調(diào)制到載波上用于發(fā)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)生帶寬很寬的發(fā)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(帶有原始發(fā)射機(jī)擴(kuò)頻碼)重新生成(解擴(kuò))想要的信號(hào)。被提取的數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)窄帶的帶通濾波器后根據(jù)需要進(jìn)行進(jìn)一步處理。
關(guān)于WCDMA發(fā)射機(jī)
上世紀(jì)80年代初開(kāi)始商用的以模擬技術(shù)為主要特征的移動(dòng)通信系統(tǒng)被稱(chēng)為第一代移動(dòng)通信系統(tǒng);90年代人們普遍使用的以GSM和IS-95為代表的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)被稱(chēng)為第二代移動(dòng)通信系統(tǒng);而被命名為IMT-2000的以智能移動(dòng)通信技術(shù)為主要特征的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)被稱(chēng)為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。與前兩代系統(tǒng)相比,3G系統(tǒng)有更大的容量、更好的通信質(zhì)量、更高的頻帶利用率,這些特點(diǎn)使得它能為高速和低速移動(dòng)用戶提供話音、數(shù)據(jù)、會(huì)議電視及多媒體等多種業(yè)務(wù)。而且用戶能在全球范圍內(nèi)無(wú)縫漫游。
1992年,世界無(wú)線電會(huì)議(WRC)在2GHz附近分配了一個(gè)頻段,隨后,國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線通信部(ITU-R)開(kāi)始著手定義一份3G系統(tǒng)的要求清單,為滿足這些要求提出了許多技術(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)最傾向于采用的技術(shù)。3GPP曾經(jīng)寫(xiě)過(guò)一個(gè)技術(shù)規(guī)范,其中的25.101章包括了WCDMA移動(dòng)終端RF硬件部分的核心性能要求。3GPP還定義了WCDMA終端兩種可選擇的工作模式:
頻分復(fù)用模式[FDD]:
·物理信道由兩個(gè)參數(shù)確定:RF信道號(hào)和信道碼
·適合快速移動(dòng)應(yīng)用
·上行和下行鏈路在頻域分開(kāi)
·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(gè)參數(shù)確定:RF信道號(hào)、信道碼和時(shí)隙
·適合室內(nèi)或慢速移動(dòng)應(yīng)用
·上行和下行鏈路具有相似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(wú)線語(yǔ)音通信系統(tǒng)效率的方法,這種方法在沒(méi)有語(yǔ)音輸入的時(shí)候隨時(shí)的關(guān)閉移動(dòng)或便攜式電話。典型的2路通話中,每一方說(shuō)話的時(shí)間都略小于總時(shí)間的一半,所以如果發(fā)射機(jī)只在存在語(yǔ)音輸入的時(shí)候打開(kāi),電話工作的占空比就可以小于50%。
這種情況能夠節(jié)約電池能量、減輕發(fā)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(hào)共享信道。DTX利用語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)(VAD)電路工作,在無(wú)線發(fā)射機(jī)中有時(shí)稱(chēng)作工作語(yǔ)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用于移動(dòng)RX,1920MHz-1980MHz用于移動(dòng)TX。
WCDMA發(fā)射機(jī)規(guī)范要求
鄰近信道功率比[ACPR]:ACPR度量了干擾或者說(shuō)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)平均功率與發(fā)射信號(hào)頻道內(nèi)的平均功率之比,ACPR描述了由于發(fā)射機(jī)硬件非線性造成的失真大小。
ACPR對(duì)于WCDMA發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的,因?yàn)镃DMA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,發(fā)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(gè)給定時(shí)刻理想無(wú)誤差基準(zhǔn)信號(hào)與實(shí)際發(fā)射信號(hào)的向量差。
因?yàn)樵诿總€(gè)符號(hào)變化時(shí)它也在不斷的變化,這個(gè)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(duì)于WCDMA發(fā)射機(jī)性能也是十分重要的,因?yàn)樗硎玖税l(fā)射信號(hào)的調(diào)制質(zhì)量。大EVM值將導(dǎo)致糟糕的檢測(cè)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(cè)精度,大的頻率誤差降低了收發(fā)機(jī)的性能。
雜散和諧波:雜散是發(fā)射機(jī)中不同的信號(hào)組合產(chǎn)生的信號(hào),諧波是發(fā)射機(jī)的非線性特性產(chǎn)生的失真產(chǎn)物。諧波產(chǎn)生在發(fā)射信號(hào)頻率的整數(shù)倍頻率上。定義了一些關(guān)鍵的發(fā)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發(fā)射機(jī)終端的一些重要的要求。
解析WCDMA發(fā)射機(jī)
WCDMA無(wú)線射頻方面整機(jī)指標(biāo)相對(duì)2G來(lái)講嚴(yán)格了很多,主要表現(xiàn)在信號(hào)的純度(泄露)、高動(dòng)態(tài)范圍、調(diào)制帶寬(5MHz)、復(fù)雜的碼域分析。為了實(shí)現(xiàn)整機(jī)的外部表現(xiàn)滿足協(xié)議規(guī)范要求,系統(tǒng)內(nèi)個(gè)模塊的指標(biāo)分配非常重要。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提供多種WCDMA發(fā)射機(jī)IC,覆蓋了大部分通用頻率范圍,在此選用了其中的一個(gè)方案作為例子,見(jiàn)圖。
WCDMA 超外差發(fā)射機(jī)
本發(fā)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(gè)主要的IC:
MAX2388 接收前端
MAX2309 IF 正交解調(diào)器
The MAX2363 正交調(diào)制器/上變頻器發(fā)射IC
The MAX2291 RF 功率放大器
發(fā)射機(jī)硬件采用380MHz的IF和1920MHz到1980MHz的Tx頻率。雙工器通過(guò)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(hào)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模塊提供的-7dBm信號(hào)以高端注入方式輸入MAX2363上變頻器。片上RF驅(qū)動(dòng)器使芯片能夠直接驅(qū)動(dòng)外部PA。
在Tx電路前端,芯片級(jí)封裝的線性PA(MAX2291)在本應(yīng)用中提供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提供了兩種輸出功率的優(yōu)化模式用于滿足這個(gè)需求,延長(zhǎng)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(cè)得:
Pout=28dBm
頻率=1.95GHz
ACP1=-39dBc(在5MHz偏移測(cè)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(cè)得:
Pout=16dBm
頻率=1.95GHz
ACP1=-38dBc(在5MHz偏移測(cè)得,3.84MHz帶寬)
功率附加效率=14%
待機(jī)電流Icc=30mA
前邊給出的3GPP規(guī)范規(guī)定WCDMA發(fā)射機(jī)輸出的功率必須在+24dm到-50dBm之間以滿足要求的74dB動(dòng)態(tài)范圍。v1.0參考設(shè)計(jì)板設(shè)計(jì)為80dB的動(dòng)態(tài)范圍,留出了一些余量。
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