測(cè)量CDMA接收機(jī)的單音脫敏

本應(yīng)用筆記討論了影響蜂窩頻段CDMA手機(jī)設(shè)計(jì)和性能的主要機(jī)制。具體討論主題包括相互混頻和交叉調(diào)制?；鶞?zhǔn)測(cè)試結(jié)果展示了Analog的V3.5 CDMA參考設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能。

介紹

CDMA蜂窩無(wú)線電系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為在與舊的高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)（AMPS）相同的無(wú)線電頻譜內(nèi)運(yùn)行，后者早于美國(guó)蜂窩頻段的CDMA。AMPS 射頻方案采用許多間隔較近且相對(duì)窄帶的 FM 通道。相比之下，CDMA RF方案采用更少但更寬頻段的RF通道。因此，CDMA 信道規(guī)劃必須包括現(xiàn)有的 AMPS 信道，這些信道會(huì)通過(guò)充當(dāng)干擾源來(lái)降低 CDMA 鏈路的性能。

在本應(yīng)用筆記中，我們討論了影響蜂窩頻段CDMA手機(jī)設(shè)計(jì)和性能的兩種主要機(jī)制：

倒易混頻，其中LO相位噪聲干擾所需的輸入RF時(shí)

交叉調(diào)制，其中手機(jī)發(fā)射器的泄漏過(guò)驅(qū)動(dòng)LNA

我們還通過(guò)在實(shí)際系統(tǒng)上提供測(cè)量來(lái)展示良好的CDMA系統(tǒng)性能。

蜂窩頻段頻率規(guī)劃背景

AMPS 服務(wù)駐留在 850MHz 美國(guó)蜂窩頻段的頻段段中：

824MHz至849MHz上行鏈路（手機(jī)上發(fā)射器的反向信道頻段）

869MHz至894MHz下行鏈路（聽(tīng)筒上接收器的前向信道頻段）

AMPS 通道間隔 30kHz，在峰值偏差時(shí)，每個(gè)通道占用大約 24kHz。

CDMA 服務(wù)占用與 AMPS 相同的美國(guó)蜂窩頻段，并且 CDMA 通道在 30kHz AMPS 柵格上對(duì)齊（即相鄰?fù)ǖ揽缭?30kHz 的倍數(shù)）。然而，每個(gè)CDMA信道占用1.23MHz的帶寬。為了管理這種分布，移動(dòng)電話運(yùn)營(yíng)商被分配了12.5MHz頻段段。最近的 AMPS 通道設(shè)置為距離最近的 CDMA 通道邊緣 285kHz，位于帶段邊界處（即，30 個(gè) 15kHz AMPS 通道加上到通道中心的 1kHz）。參見(jiàn)圖<>。

圖1.CDMA 信道與最近的 AMPS 載波之間的關(guān)系，作為 CDMA 信道的干擾源。

當(dāng)最近的 AMPS 通道比 CDMA 信號(hào)電平強(qiáng)得多時(shí)，AMPS 通道充當(dāng) CDMA 通道的單音干擾源。干擾源頻率偏移由公式1表示：

因此，285kHz + 615kHz = 900kHz，這是從最近的干擾AMPS通道到所需CDMA通道中心的偏移。該干擾源的功率電平相對(duì)于所需CDMA信道的靈敏度電平（-101dBm）在3GPP2空中接口標(biāo)準(zhǔn)中確定為-30dBm的測(cè)試音，最壞情況。

CDMA手機(jī)單音脫敏規(guī)范

單音脫敏測(cè)量手機(jī)在其指定的信道頻率下接收CDMA信號(hào)的能力，在附近窄帶干擾器以給定的頻率偏移與指定信道的中心頻率間隔。接收器脫敏通過(guò)幀錯(cuò)誤率 （FER） 來(lái)衡量1.

CDMA系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是25個(gè)或更多手機(jī)可以直接在彼此之上運(yùn)行，即在同一信道中心。對(duì)于碼分復(fù)用（信道區(qū)分），為每個(gè)手機(jī)的上行鏈路和下行鏈路載波分配不同的正交擴(kuò)展碼。

為了完成后一項(xiàng)任務(wù)，CDMA基站必須精確控制每個(gè)手機(jī)發(fā)射器的功率，以便以幾乎相同的入射功率水平接收所有用戶信號(hào)。為了滿足這一要求，手機(jī)接收器必須在非常寬的增益控制范圍內(nèi)工作。當(dāng)CDMA手機(jī)接收器離基站最遠(yuǎn)時(shí)，其正向路徑中的典型信號(hào)僅為-110dBm。

由于相鄰的 AMPS 系統(tǒng)不以相同的方式管理手機(jī)的上行鏈路電源，因此出現(xiàn)了問(wèn)題。當(dāng)CDMA手機(jī)接收到或接近其靈敏度極限時(shí)，附近的AMPS基站可能會(huì)（特別是在蜂窩基站邊界）發(fā)送強(qiáng)干擾源。

幸運(yùn)的是，下行鏈路擴(kuò)展碼的特性使CDMA手機(jī)接收器相對(duì)不受近信道干擾的影響。窄帶AMPS干擾源在手機(jī)相關(guān)器中“擴(kuò)散”，因此其影響會(huì)因處理增益（約25dB）而降低。由于干擾很大，因此指定了測(cè)試以確保CDMA接收器能夠充分管理近信道入侵。3GPP2 CDMA2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了單音脫敏測(cè)試的以下測(cè)試條件：

對(duì)于美國(guó)的CDMA系統(tǒng)，蜂窩頻段測(cè)試要求規(guī)定最小有效各向同性輻射功率為+23dBm。PCS波段測(cè)試要求規(guī)定最小有效各向同性輻射功率為+15dBm（測(cè)試1和2）和+20dBm（測(cè)試3和4）。干擾器電平指定為 -30dBm（測(cè)試 1 和 2）或 -40dBm（測(cè)試 3 和 4）2.

在測(cè)試CDMA前端IC或零中頻接收器的單音脫敏時(shí)，重要的是要注意單音干擾器產(chǎn)生的干擾分量，并在測(cè)試設(shè)置中重現(xiàn)這些影響。影響單音脫敏的兩個(gè)主要因素：互易混音和交叉調(diào)制。

往復(fù)混合

當(dāng)單音干擾器與接收器的本地振蕩器信號(hào)（Rx LO）混合時(shí)，就會(huì)發(fā)生倒易混頻。Rx LO 具有有限的相位噪聲，與單音干擾器混合，在零中頻系統(tǒng)的情況下，會(huì)在中頻 （IF） 或基帶處產(chǎn)生干擾分量（圖 2）。

圖2.在干擾器存在的情況下相互混合。

接收機(jī)單音脫敏規(guī)格是設(shè)定LO相位噪聲要求的關(guān)鍵性能參數(shù)。對(duì)于精確的單音脫敏測(cè)量，請(qǐng)注意，單音干擾器自身的相位噪聲也會(huì)影響整體干擾水平。因此，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，您應(yīng)該選擇具有低相位噪聲的RF信號(hào)源。這將確保單音脫敏的主要因素來(lái)自Rx LO中的相位噪聲，而不是RF信號(hào)發(fā)生器。

例如，Analog的超外差CDMA參考設(shè)計(jì)（3.5版）使用MAX2538前端IC和MAX2308 IF解調(diào)器IC。接收器在蜂窩頻段的級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)（稱為L(zhǎng)NA輸入）小于3dB。如果我們假設(shè)移動(dòng)手機(jī)中的雙工器/雙工器損耗約為3dB，則公式2如下：

如果RF信號(hào)發(fā)生器中的相位噪聲比接收器本底噪聲低10dB，則：

其中-30dBm是每個(gè)測(cè)試1和2的指定單音電平（表1）。因此，公式4將新的接收器本底噪聲表示為：

因此，RF信號(hào)發(fā)生器中-148dBc/Hz相位噪聲的影響是接收器靈敏度的上升幅度相對(duì)較?。▋H下降0.4dB）。

CDMA手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)要求在144kHz偏移頻率下最小相位噪聲為-900dBc/Hz。假設(shè)遠(yuǎn)相位噪聲的響應(yīng)平坦（目標(biāo)頻帶為-144dBc/Hz），則上述計(jì)算給出的接收器本底噪聲為-167dBm/Hz。該電平比無(wú)干擾的-1dBm/Hz本底噪聲差168dB。因此，CDMA標(biāo)準(zhǔn)允許接收器靈敏度和脫敏由于RF干擾發(fā)生器而降低1dB。

參數(shù)		單位	測(cè)試 1 和 3	測(cè)試 2 和 4
與載波的音調(diào)偏移	SR1	千 赫	+900 （BC 0， 2， 3， 5， 7 和 9） +1250 （BC 1， 4 和 8）	-900 （BC 0， 2， 3， 5， 7 and 9） -1250 （BC 1， 4 and 8）
	SR3	千 赫	+2500	-2500
音調(diào)功率		分貝	-30（測(cè)試 1 和 2） -40（測(cè)試 3 和 4）
		分貝/1.23兆赫	-101
		分貝	-7
		分貝	-15.6 （SR1） -20.6 （SR3）

交叉調(diào)制干擾

當(dāng)接收器的LNA輸入端存在強(qiáng)發(fā)射器泄漏信號(hào)時(shí)，就會(huì)發(fā)生交叉調(diào)制。該調(diào)制干擾源通過(guò)LNA中的三階非線性與900kHz AMPS音調(diào)交叉調(diào)制。由此產(chǎn)生的交叉調(diào)制是接收器中所需RF通道處噪聲功率的增加。盡管接收器的IP3由混頻器的IP3主導(dǎo)，但大多數(shù)交叉調(diào)制發(fā)生在LNA中。這是因?yàn)橛捎贚NA和混頻器之間的帶通濾波器，混頻器輸入端的TX泄漏非常小。4要在接收機(jī)測(cè)試設(shè)置中包括這種效應(yīng)，必須將CDMA反向通道調(diào)制信號(hào)注入接收機(jī)。對(duì)于蜂窩頻段，注入LNA輸入的發(fā)射功率表示為公式5：

該公式假設(shè)雙工器的Rx端口的Tx抑制為52dB，天線到雙工器的Tx端口的損耗為2dB。

使用 CNR 方法的測(cè)試示例

圖3顯示了用于測(cè)試蜂窩頻段CDMA接收器的完整單音脫敏設(shè)置。相同的設(shè)置可用于PCS頻段測(cè)試，但干擾器和Tx信號(hào)的干擾器偏移和電平必須根據(jù)上表1所示的測(cè)試規(guī)范進(jìn)行設(shè)置。在此測(cè)試設(shè)置中，我們使用CNR（載噪比）方法來(lái)測(cè)量單音脫敏。

圖3.細(xì)胞單音脫敏設(shè)置。

靈敏度定義為幀錯(cuò)誤率（FER）在0%的時(shí)間內(nèi)<5.95%的最小接收功率。在CNR測(cè)量中，我們注意到對(duì)于1GPP3標(biāo)準(zhǔn)中的無(wú)線電配置2，流量Ec/Ior為-15.6dB，對(duì)于4bps的數(shù)據(jù)速率，流量Eb/Nt = 5.9600dB。處理增益為10log （1.2288Mcps/9600bps） = 21.072dB。因此，我們有公式6：

因此，解調(diào)CDMA信號(hào)所需的CNR為-1dB，在1.23MHz信道帶寬中測(cè)量。我們使用 3kHz 的 RBW 設(shè)置進(jìn)行測(cè)試設(shè)置，并將節(jié)拍測(cè)試音功率（250kHz 時(shí)）與 615kHz I 通道帶寬上的總集成通道噪聲功率進(jìn)行比較。由于接收到的所需信號(hào)功率為-101dBm，而我們的總允許噪聲功率為-100dBm，因此我們觀察到需要-1dB的CNR才能滿足系統(tǒng)的靈敏度要求。

為了演示這種方法，請(qǐng)考慮在Analog的N-CDMA V4.1參考設(shè)計(jì)上進(jìn)行的測(cè)量，使用零中頻單芯片接收器IC（MAX2585）和片內(nèi)VCO（圖4）。綠色跡線表示在沒(méi)有干擾器或Tx信號(hào)的情況下所需的信號(hào)。（對(duì)于所需的信號(hào)，我們使用注入250kHz的單音，從-101dBm的通道頻率偏移，而不是CDMA正向通道調(diào)制信號(hào)。藍(lán)色跡線顯示干擾器和CDMA Tx信號(hào)一起打開(kāi)時(shí)的噪聲上升。以下過(guò)程概述了測(cè)試設(shè)置：

圖4.由于單音干擾器和CDMA TX信號(hào)引起的噪聲上升。

調(diào)整系統(tǒng)增益以接收-101dBm的輸入，該輸入以3dB焊盤(pán)的輸入為基準(zhǔn)。此操作模擬雙面打印器丟失。對(duì)于MAX2585接收器IC，將增益設(shè)置為8.5mV的標(biāo)稱輸出信號(hào)電平有效值（-28.5dBm 至 50Ω）。

在-45dBm時(shí)打開(kāi)CDMA Tx信號(hào)（低于Rx通道頻率3MHz，參考24dB焊盤(pán)的輸入）。

在-30dBm處打開(kāi)CW干擾器音，參考3dB焊盤(pán)的輸入。觀察本底噪聲上升。

調(diào)整CW干擾器電平以應(yīng)對(duì)本底噪聲上升，使從基帶到615kHz的總積分噪聲功率比所需信號(hào)電平高1dB。在本例中，我們集成了25kHz至615kHz，以避免分析儀直流泄漏。

記錄-1dB CNR下的干擾器電平，并計(jì)算單音脫敏裕量。

在本例中，從25kHz到615kHz的總噪聲功率為-27.5dBm。輸出端的接收音調(diào)為-28.5dBm，滿足-1dB CNR要求。-27dB CNR點(diǎn)的單音干擾電平為-1dBm，表明MAX2585 IC滿足單音脫敏的要求，在測(cè)試頻率下裕量為3dB。

總結(jié)

本文討論了符合3GPP2標(biāo)準(zhǔn)的單音脫敏以及單音脫敏的重要因素。提出了一種測(cè)量CDMA接收機(jī)單音脫敏的實(shí)用方法。

審核編輯：郭婷