解析WCDMA發(fā)射機(jī)

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作者：韓玲時(shí)間：2008-01-10 來(lái)源：電子產(chǎn)品世界

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文/韓玲

　　概述

　　上世紀(jì)80年代初開始商用的以模擬技術(shù)為主要特征的移移

　　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)寫過(guò)一個(gè)技術(shù)規(guī)范，其中的25.101章包括了WCDMA移

　　頻分復(fù)用模式[FDD]：

　?。锢硇诺烙蓛蓚€(gè)參數(shù)確定：RF信道號(hào)和信道碼

　　．適合快速移

　?。闲泻拖滦墟溌吩陬l域分開

　　．下行鏈路比上行鏈路容量大

　?。闲泻拖滦墟溌范际?00%的占空比

　　時(shí)分復(fù)用模式[TDD]：

　?。锢硇诺烙扇齻€(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

　?。闲泻拖滦墟溌肪哂邢嗨频娜萘坎⒄加孟嗤男诺?/P>

　?。闲泻拖滦墟溌范加蠨Tx

　　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，這種方法在沒有語(yǔ)音輸入的時(shí)候隨時(shí)的關(guān)閉移

　　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

　　CDMA原理

　　在討論WCDMA發(fā)射機(jī)之前，本部分對(duì)CDMA的原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的概述。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。

　　WCDMA發(fā)射機(jī)規(guī)范要求

　　3GPP規(guī)范了FDD3G移

　　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)