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高性能TD-SCDMA接收机的设计_欧宝体育app官方入口

高性能TD-SCDMA接收机的设计_欧宝体育app官方入口

本文摘要:下一代无线系统正在接纳诸如接管冗余和多载波架构等技术来应付这种日益增长的数据市场需求。在中国,时分实时码分多址(TD-SCDMA)作为宽带CDMA(WCDMA)的替代标准,正试图在各种环境下获取比WCDMA更佳的覆盖率。WCDMA是专门针对平面业务和宏单元站点优化了的一种标准。 为了反对TD-SCDMA技术,业界早已顺利研发出有带上数字中频(IF)级电路和多个有源天线模块的紧凑型多通道TD-SCDMA接收机。这种灵活的设计反对多载波、冗余接收机系统中的各种应用于。

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下一代无线系统正在接纳诸如接管冗余和多载波架构等技术来应付这种日益增长的数据市场需求。在中国,时分实时码分多址(TD-SCDMA)作为宽带CDMA(WCDMA)的替代标准,正试图在各种环境下获取比WCDMA更佳的覆盖率。WCDMA是专门针对平面业务和宏单元站点优化了的一种标准。

为了反对TD-SCDMA技术,业界早已顺利研发出有带上数字中频(IF)级电路和多个有源天线模块的紧凑型多通道TD-SCDMA接收机。这种灵活的设计反对多载波、冗余接收机系统中的各种应用于。建模和实验结果表明,这种紧凑型接收机具备卓越的线性度和振幅-噪声性能。

2000年5月,由中国电信科学技术研究院(CATT)引荐的TD-SCDMA技术被国际电信联盟(ITU)接纳并批准后为第三代(3G)移动通信标准之一。TD-SCDMA享有许多先进设备的采访技术,它们有效地统合了时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)方法。

TD-SCDMA系统中的下行链路和上行链路业务分享完全相同的频带但有所不同的时隙。因此,TD-SCDMA非常适合不平面数据服务,并能获取很高的频谱效率。TD-SCDMA系统中使用的关键技术还包括适配、智能天线和牵头检测技术。

为构建非常简单灵活性,TD-SCDMA接收机的中频部分使用数字电路展开设计。与标准超外差式接收机比起,它的模数转换器(ADC)模块被移往到了中频输入端口。通过用数字器件替代仿真器件,数字中频接收机需要更为灵活性地处置宽带频率范围和多种无线通信标准。接收机冗余技术常用来增大影响无线通信性能的多径和瑞利衰败效应。

主要的冗余技术有频率冗余、时间冗余、天线冗余、角度冗余和极化冗余。TD-SCDMA接收机应用于天线接管冗余技术可提升链路增益。接收机利用这种方法搜集多路不相关的射频信号,然后展开拆分,并在拆分过程中增大甚至避免衰败和多径效应产生的影响。

典型的线性分子集并方法有选择性拆分(SC)、仅次于比例拆分(MRC)和等增益拆分(EGC),这些方法各有优缺点。TD-SCDMA中使用的多载波技术可提升这种格式的数据容量和传输速率,以反对低数据速率的无线服务。多载波TD-SCDMA系统中的每个特定蜂窝使用三种有所不同的频率作为载波频率,其中一个频率被称作主频,另外两个被称作辅频。

主频和辅频之间的区别在于它否支撑导频和广播信道(BCH)信息。主频要处置导频和BCH信息,辅频不必须。寻呼指示信道(PICH)和辅助公共掌控物理信道(SCCPCH)不能在主频中配备。

图1:TD-SCDMA通信系统的典型信道结构使用了主载波和副载波。图1表明了一个典型的TD-SCDMA射频信道。

这个信道包括三个载波,这些载波用于比较1.6MHz的载波比特率来说较低的1.28Mchip/s芯片速率。TD-SCDMA有助提升频谱利用和网络设计的灵活性,特别是在人口密集的地区。另外,在5ms时间内每个TDMA帧被分为7个时隙,这些时隙可以灵活性地分配给多个用户,或分配给必须多个时隙的单个用户。图2得出了带上数字中频电路和多个有源天线模块的多通道TD-SCDMA射频接收机的系统架构。

该系统包括三个有源天线模块和一个射频接收机模块,而后者又由三个独立国家的射频接管地下通道构成。有源天线模块包括一个6dBi增益的全向天线、一个射频带通滤波器和一个低噪声放大器(LNA)。每个地下通道则包括射频放大器、下变频器、本地振荡器(LO)、中频声表面波(SAW)滤波器、不受基带处理单元掌控的星型增益放大器(VGA)和中频放大器。

图2:带上数字IF级和多个有源天线模块的TD-SCDMARF接收机结构框图。这种接收机反对多种相连机制。在第一种机制中,只有一个有源天线模块相连到接收机的全部三个地下通道,这时的接收机用于多载波TD-SCDMA接收机。

在第二种机制中,三个有源天线模块分别相连到接收机的三个地下通道,用于接管冗余TD-SCDMA接收机(如图2中的虚箭头线右图)。在这种情况下,有源天线模块之间的距离必需充足近,以准确接管到接管信号的有所不同传播延时。一般来说两个天线之间最少间隔5倍波长的距离,才能使接管到的信号具备明显有所不同的衰败特性。

在第三种相连方案中,三个有源天线模块相连到三个多通道射频接收机模块,用于冗余接收机和多载波TD-SCDMA射频接收机。为评估TD-SCDMA接收机性能,必需更加了解地理解它的基准灵敏度和较慢自动增益掌控(AGC)电路的功能。基准灵敏度是接收机的最重要指标。

一般来说,它所指的是系统在超过拒绝误码率(BER)条件下天线端口的大于输出功率电平。该指标还受到以下一些因素的影响:接收机的噪声系数、发射机的本底噪声、同互为/向量(I/Q)增益不均衡、I/Q向量振幅不均衡、本衡(LO)振幅噪声、电源电压噪声、线性振幅杂讯和线性幅度杂讯。

接收机的噪声系数和发射机的本底噪声展出了可选红高斯噪声(AWGN)带给的影响,而融合噪声系数可以用来叙述这两种情况。在时分-双工操作者中,当接收机关上时,发射机应当是重开的,因此发射机的本底噪声对TD-SCDMA接收机来说不是问题。

用于数字中频技术后,主要由仿真解调器导致的I/Q增益和振幅不均衡可以在数字域中获得校正,因此会影响上述灵敏度指标。当本振和电源性能充足低时,振幅噪声和电压噪声的影响可以忽视。线性振幅杂讯和线性幅度杂讯可以用基带处理器补偿。

基于这些分析可以显现出,噪声系数是影响TD-SCDMA接收机基准灵敏度的主要原因。在传统的接收机-天线装置中,由相连天线和射频接收机的射频电缆引发的损耗不会减少系统的噪声系数。

在TD-SCDMA射频接收机系统中,系统在有源天线模块处被拆分出去,由该模块必要相连天线和低噪声放大器。因此由射频电缆导致的损耗可以获得有效地补偿,从而提升了接收机冗余性能。

当接收机由多个块构成时,每个块都有自己的放入增益(Gi)和噪声因数(Fi)。每个块都会减少噪声到信号中,但当信号在前级电路中被缩放时,先前块对总噪声因数的影响不会弱化。接收机的噪声系数可以用式1计算出来。式1中的值必需用增益和噪声因数(F)的数值计算出来,而无法作为对数式噪声系数值(单位dB)。

这个非常简单级联的噪声系数公式的含义在系统设计中是很最重要的。根据式1,且考虑到5米宽同轴电缆的3dB损耗,带通滤波器的1dB损耗,低噪声放大器的1dB噪声系数和20dB增益,其它部件保持恒定,那么噪声系数可以从5.1dB(式2)减少到2.14dB(式3),而且TD-SCDMA接收机基准灵敏度有明显提升。

接收机中用于的AGC电路可以向ADC获取恒定电平的信号。在WiMAX和3G蜂窝系统等许多宽带系统应用于中常常中用基于PIN二极管的AGC衰减器。

TD-SCDMA接收机则经常使用数字AGC方法,不必仿真电路,以获取灵活性和完全一致的性能。PIN二极管衰减器用作每个射频地下通道中的仿真衰耗,并不受数字基带电路的掌控。

图3(a)是一种典型的型电阻衰减器,其衰耗由式4要求,其中参数K被定义为输出到输入电压比,Z0代表系统特征电阻。对于少见衰耗数值,电阻值为50。

根据电阻衰减器框图,在图3(b)右图电路中用于了4个PIN二极管。在开关电路中,PIN二极管的仅次于和最小值点的电阻特性是被充分利用的。然而在衰减器中用于的是PIN二极管电阻的受限值。这种电路的益处是其对称性,容许用于比较简单的偏置网络,并且由于在这种背靠背相连的串联二极管电路中的谐波信号可以互相抵销而使杂讯增大。

虽然还有其它方法可获取AGC功能,比如转变射频晶体管放大器增益,但PIN二极管方法一般来说具备低功耗、宽带恒定电阻、长动态范围、较低频率牵引和低线性度等特性。图3:(a)典型的型电阻衰减器;(b)使用PIN二极管的衰减器。图4:用安捷伦的ADS软件对由4个PIN二极管构成的衰减器展开建模。

利用安捷伦科技公司获取的高级设计系统(ADS)软件工具套件对上述AGC电路中用于的PIN二极管衰减器展开了计算机建模。建模获得的动态范围结果闻图4。


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