你知道WCDMA广域基站直接转换接收器中的IP2和IP3问题？.doc

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1、你知道WCDMA广域基站直接转换接收器中的IP2和IP3问题？简介直接转换接收器架构与传统的超外差相比具有多种优势。它简化了RF前端带通滤波的要求，因为它不受图像频率信号的影响。 RF带通滤波器只需要衰减强带外信号，以防止它们使前端过载。此外，直接转换消除了对IF放大器和带通滤波器的需求。相反，RF输入信号直接转换为基带，其中放大和滤波要困难得多。接收器的总体复杂性和部件数量也会减少。然而，直接转换会带来一系列实现问题。由于接收LO信号与RF信号的频率相同，因此它很容易从接收天线辐射并违反监管标准。此外，还需要彻底了解IP2和IP3问题的影响。这些参数对接收器的整体性能至关重要，关键部件是I

2、/ Q解调器。不需要的基带信号可以通过接收器的二阶非线性产生。进入接收器的任何频率的音调都会在基带电路中产生DC偏移。一旦生成，直接消除DC偏移就变得非常成问题。这是因为降频后转换电路的频率响应必须经常延伸到DC。接收器的二阶非线性也允许调制信号 - 甚至是所需信号 - 产生以DC为中心的伪随机能量块。与超外差接收器不同，直接转换接收器容易受到这种影响。无论输入信号的频率如何，都有顺序机制。因此，最小化有限二阶线性度的影响至关重要。本文稍后我们将考虑三阶失真对直接转换接收器的影响。在这种情况下，以适当频率分隔的两个信号必须进入接收器，以便不需要的产品出现在基带频率上。二阶失真（IP2）直接转换

3、接收器系统的二阶交调截点（IP2）是关键性能参数。它是二阶非线性度量，有助于量化接收机对单音和双音干扰信号的敏感度。让我们来看看这种非线性如何影响灵敏度。我们可以将任何非线性元素的传递函数建模为泰勒级数：其中x（t）是由期望信号和非期望信号组成的输入信号。仅考虑此分析的二阶失真项。系数a 2 等于其中IP2是瓦特的单音截距点。请注意，双音IP2比单音IP2低6dB。元素越线性， 2 越小。进入非线性元素的每个信号都会产生一个以零频率为中心的信号。即使是所需的信号也会在基带产生失真产物。为了说明这一点，让输入信号由x（t）= A（t）cost表示，其可以是音调或调制信号。如果是一个音调，则A（t

4、）只是一个常数。如果它是调制信号，则A（t）代表信号包络。根据定义，所需信号的功率为其中E 是的预期值。由于A（t）和cost在统计上是独立的，我们可以扩展E （A（t）cost） 2 为E A 2 （t）E COS 2 T。通过三角法第二项的期望值仅为，因此所需信号的功效简化为：如果预期，信号功率等于在更一般的情况下，所需信号由伪随机数字调制。数据源。我们可以将其表示为具有高斯概率分布的带限白噪声。信号包络A（t）现在是高斯随机变量。包络的平方的期望值可以用所需信号的功率表示为：现在将x（t）替换为泰勒级数展开以找到y（t），这是非线性元素的输出：考虑二阶失真术语a 2 A（t） 2 。该术

5、语以DC为中心，而另一个二阶项出现在所需信号的二次谐波附近。这里只有DC附近的术语很重要，因为高频音被基带电路拒绝。在信号是音调的情况下，二阶结果是DC偏移等于：如果调制了所需信号，则二阶结果是调制基带信号。这个术语的力量是这可以扩展为：为了根据所需的信号功率表达这个结果，我们必须将E A 4 （t）与E A 2 （T）。对于高斯随机变量，以下关系为真：失真能力可以表示为现在表达预期值所需的信号功率：将任何给定音调转换为DC，将任何调制信号转换为基带信号，使二阶性能对于直接转换接收器性能至关重要。与其他非线性机制不同，信号频率不能确定失真产物落在何处。进入非线性元素的任何两个信号都会产生拍音/

6、项。让其中第一项是所需信号，第二项是不需要的信号。感兴趣的二阶失真项是 2 A（t）B（t）cos（ - u ）t。该术语描述了以两个输入信号之间的差频为中心的失真产物。在两个不需要的音调进入该元素的情况下，结果包括差频的音调。如果两个不需要的信号被调制，则结果包括以其差频率为中心的调制信号。我们可以将这些原理应用于直接转换接收器示例。图1显示了典型WCDMA基站接收器的框图。以下是此示例的一些主要特征：基站类型：FDD，Band I基站类别：广域运营商数量：1接收频段：1920MHz至1980MHz发射频段：2110MHz至2170MHz此接收机的RF部分包括双工器，带通滤波器，以及至少一个

7、低噪声放大器（LNA）。频率选择元件用于衰减带外信号和噪声。 LNA确定接收器的噪声系数。 I / Q解调器将接收信号转换为基带。在下面的例子中，LT5575 I / Q解调器的特性代表了这种类型的基站类设备。低通滤波器和基带放大器在传输到A / D转换器之前限制并增加信号电平。双工器和RF带通滤波器仅用作带通滤波器;它们不提供任何载体选择性。LNA的二阶线性度远低于解调器的二阶线性度。这是因为由单个信号引起的任何LNA失真都以DC为中心并被解调器拒绝。如果接收频带中存在两个不需要的信号（例如1960MHz），则LNA以差频产生二阶乘积。该信号被解调并在A / D转换器处显示为基带伪像。然而，

8、我们不需要解决这个问题，因为从前端双工器出现的带外信号不足以产生任何重要的失真产物。首先考虑进入接收器的单个未调制音调（见图2）。如上所述，该音调在解调器的输出端产生DC偏移。如果解调器后面的基带级联是直流耦合的，则该偏移应用于A / D转换器，从而降低其动态范围。 WCDMA规范（3GPP TS 25104.740）在-15dBm处调出带外音调，距离任一接收频带边缘均为20MHz或更高（第7.5.1节）。计算I / Q解调器中产生的DC偏移：进入接收天线端口的音调：-15dBm20MHz偏移时的双工器抑制：0dB20MHz偏移时的带通抑制：2dBLT5575之前的RF增益：20dB进入LT5

9、575的音调：3dBmLT5575 IIP2,2音：60dBmLT5575 a 2 ：0.00317LT5575输出的DC偏移：0.32mV基带电压增益：31.6A / D输入的DC偏移：10mV单个WCDMA载波也可以作为干扰源，详见7.5.1节。在一种情况下，该载波偏离期望载波至少10MHz，但仍处于接收频带中。功率电平为-40dBm，接收器必须满足-115dBm的灵敏度，12.2kbps信号，BER为0.1。以下是详细信息：信号进入接收天线端口：-40dBmLT5575之前的RF增益：20dB进入LT5575的信号：-20dBm LT5575 IIP2,2-tone：60dBmLT557

10、5 a 2 ：0.00317使用a执行的MATLAB仿真伪随机信道预测LT5575输出的失真为-98.7dBm。该结果与公式6给出的结果非常吻合，公式6预测失真功率为-98.2dBm。LT5575输出端出现的基带产品是一个类噪声信号，由干扰WCDMA载波产生。如果此信号足够大，则可能会增加热接收器和A / D转换器噪声，从而降低灵敏度。计算接收器输入端的等效热噪声，不会增加失真：灵敏度：-121dBm处理+编码增益：25dB灵敏度信噪比：5.2dB接收机的热噪声输入：-101.2dBm现在将失真信号反馈给接收器输入：LT5575之前的RF增益：20dBRx输入端的等效干扰电平：-118.7dB

11、m在这种情况下，基带二阶乘积比接收器输入端的热噪声低17.5dB。由此导致的灵敏度下降灵敏度的另一个威胁来自FDD系统中的发射机泄漏，如图4所示。在FDD系统中，发射器和接收器同时工作。对于WCDMA频段I的情况，发射频带比接收频带高130MHz。通常使用单个天线，发射器和接收器通过双工器连接。以下是一些典型的基站耦合谐振器型双工器规格：隔离，Tx至Rx 2110MHz：55dB双工器插入损耗，Tx路径：1.2dB对于广域基站，发射功率可能高达46dBm。在双工器的发送端口，功率至少为47dBm。这个高电平调制信号泄漏到接收器输入，其中一部分驱动I / Q解调器：接收器输入功率：-8dBmRx

12、 BPF抑制2110MHz：40dBLT5575之前的RF增益：20dB进入LT5575的信号：-28dBmLT5575 IIP2，双音：60dBmLT5575 a 2 ：0.00317使用伪随机通道执行的MATLAB仿真可预测以下内容：LT5575输出失真：-114.7dBm将此信号反馈给接收器输入：LT5575之前的RF增益：20dBRx输入端的等效干扰电平：-134.7dBm接收器输入端的热噪声：-101.2dBm此等效干扰为33.5dB低于接收器输入端的热噪声。由此导致的灵敏度降低这里感兴趣的三阶失真项是a 3 A（t）B 2 （t）cos（2 u - ）t。为了使这种失真出现在基带上

13、，设置=2 u 。失真的力量是，它可以扩展到考虑调制的所需信号和音调干扰的情况; B（t）可以用B代替。参见图5.E B 4 的值可以表示为（2Z 0 P u ） 2 ，其中P u 是音调干扰的功率。我们可以使用等式2以期望的信号功率表示E A 2 （t）为2Z o P s ，其中P s 是所需信号的功率。然后，基带失真的功率电平为：如果调制了不需要的信号，则使用等式2和5表示E B 4 （t）为3（2Z 0 P u ） 2 ，其中P u 是幂的幂音调干扰：在直接转换接收器示例中，WCDMA规范的第7.6.1节要求两个干扰信号，如图6所示。其中一个是-48dBm CW音，另一个是-48dBm

14、WCDMA运营商。这些在频率上是偏移的，因此得到的第三阶产品看起来以DC为中心。计算I / Q解调器中产生的互调产物：LT5575之前的RF增益：20dB进入LT5575的信号：-28dBmLT5575 IIP3 ，2音：22.6dBmLT5575 a 3 ：0.0244使用伪随机进行的MATLAB仿真通道预测LT5575输出的失真为-135.8dBm。这个结果与公式8非常吻合，公式8预测失真功率为-135.7dBm。将此信号反馈给接收器输入：LT5575之前的RF增益： 20dBRx输入端的等效干扰电平：-155.8dBm接收器输入端的热噪声：-101.2dBm此等效干扰case比接收器输入端的热噪声低54.6dB。由此导致的灵敏度降低0.1dB，因此接收器很容易满足-121dBm的规范。结论这里使用LT5575 I / Q解调器进行的计算表明WCDMA广域基站接收器可以使用直接转换架构成功实现。 LT5575的高二阶线性度和输入1dB压缩点对于满足此类设计的性能要求至关重要。