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介绍

时分、同步码分多址(TD-SCDMA)用户设备(UE)接收机设计必须在满足系统灵敏度规范的前提下平衡多种因素的影响。利用级联噪声图技术计算灵敏度是初步的。在计算接收机灵敏度时，设计者还必须考虑压控振荡器(VCO)相位噪声、同相/正交(I/Q)相位平衡和电源噪声。本文通过使用误差矢量大小(EVM)计算，给出了包含这些问题的方程。

与灵敏度规格有关的一些因素

参考灵敏度性能可能是接收机最重要的指标。一般是指在满足系统所需的误码率(BER)时，天线端口的最小输入功率水平。影响本规范的有7个项目:

1. 接收机的噪声系数
   

2. 发射机的噪声底限
   

3. I/Q增益不平衡
   

4. I/Q正交相位不平衡
   

5. 相位噪声
   

6. 电源电压噪声
   

7. 线性相位畸变
   

8. 线性振幅失真

第1项和第2项描述了添加白噪声的影响，所以我们可以用综合噪声系数来描述这两项。在TD-SCDMA手机设计中，双工是时分双工(TDD)。使用TDD操作时，当接收器打开时，发射器应关闭，因此发射器的本底噪声不是TDD模式手机设计的问题。

第3项，I/Q增益不平衡可能对信噪比规格没有影响，因此如果基带电路使用正确的解调信号，可以容纳I和Q支路之间2或3dB的差异。第6项，电源噪声通过两种方式影响信号路径:

大多数有源电路将充当调幅器。这种作用是由增益随其供电线路上的噪声而变化引起的。

2) VCO作为相位调制器。对于手机设计来说，这通常不是问题，因为电压噪声通常非常小，例如MAX8878，规格为30 μ Vrms, 10Hz至100KHz。

项7和项8是线性失真，可以通过基带处理器进行补偿。由于数字信号处理器(DSP)可以消除这种类型的失真，我们将在本文中忽略这两个项目。

下面我们将详细讨论UE接收机设计中最重要的四个问题:相位噪声、噪声系数、I/Q相位不平衡和电源噪声。误差矢量大小(EVM)将用于量化这些项目。

误差矢量大小

EVM规范通常用来描述传输信号的调制精度。TD-SCDMA和宽带CDMA (WCDMA)标准都使用该规范来表示传输信号的质量。我们知道，接收机的误码率规格通常被描述为信噪比(或Eb/No)的函数。EVM和Eb/No之间有关系吗?3GPP TS25.102给出EVM定义如下:

误差矢量幅度是测量(理想)波形与测量波形之间的差值。这个差称为误差向量。两个波形都通过匹配的根提升余弦滤波器，其带宽对应于所考虑的芯片速率，滚降α = 0.22。然后通过选择频率、绝对相位、绝对幅度和芯片时钟时序来进一步修改两种波形，从而使误差矢量最小化。EVM结果定义为平均误差矢量功率与平均参考功率之比的平方根，以a %表示。

由上述定义可知，E(b)/N(o) =1/ (EVM)²。“E(b)”为每比特的能量，“N(o)”为每Hz的SSB噪声功率密度。现在我们将尝试找出EVM与NF、相位噪声、I/Q增益不平衡和I/Q相位不平衡之间的关系。为了简化计算，我们只考虑QPSK调制类型，对于这种类型的调制，E(s) =2E(b)， E(s)为每个传输符号的能量。

噪音指数及EVM

假设输入信号功率级为P(s)，级联噪声系数为NF，则有如下公式:

注:Ts为一个传输符号的周期，T为绝对温度，这里假设为290°K, K为玻尔兹曼常数，R(s)为符号速率，R(c)为芯片速率，L为弹性因子(SF)， SNR为信噪比。

对于TD-SCDMA手机，标准要求-108dBm参考灵敏度水平，并建议9dB噪声系数。我们假设噪声系数为7dB，这允许有2dB的余量。“L”为16，芯片速率为1.28Mbps(兆比特每秒)。将这些值代入上述方程，得到如下结果:

相位噪声与EVM

下图可以帮助理解相位噪声是如何影响信号质量的:

注意Φ1(t)和Φ2(t)是两个r - ce函数，它们具有以下性质:

现在将输出信号投影到Φ1(t) r x:

注:G西塔(f)为DSB相位噪声功率密度。

然后:

通常这种规格没有问题。如果我们考虑低于典型的本振(LO)相位噪声规格，则可以计算EVMp规格。

考虑芯片速率等于1.28Mbps(对于TD-SCDMA标准)，L等于16。得到以下结果:

这是一个非常好的结果。它显示信号没有明显的退化。根据TD-SCDMA标准，上述本相噪声规格对参考灵敏度规格没有问题。参考灵敏度是在天线端口处测量到的接收器输入功率的最小值，该值的误码率不超过规定值。表1所列参数的误码率不得超过0.001。

表1。参考灵敏度的测试参数

参数	水平	单位
西格马DPCH(o)_Ec / I(or)	0	dB
	-108年	dBm / 1.28兆赫

从上述标准要求来看，所有输入功率都是信号，没有其他编码通道。在实际工作环境的情况下，手机将接收许多其他代码信道。在理想的情况下，由于所有的信号都是正交的，其他编码将没有问题。当考虑相位噪声影响时，用eqn计算E西塔。这是一个严重的问题。下表给出了多路径情况下1通道的专用通道(DCH)参数:

表2。多路径案例1通道中的DCH参数

DPCH:专用物理通道
I(OR): CDMA前向信道的功率谱密度
I(OC):干扰噪声和信号的功率谱密度
EC:单通道的功率谱密度

在测试1中，您会发现Ec/Ior为-19dB，因此E西塔将增加19dB，结果如下:

与方程3和方程4相比，这是不够充分的性能。良好的设计实践要求有3dB的余量来考虑多径信号。要做到这一点，相位噪声规格应在1KHz, 10KHz, 20KHz偏移时提高3dB。西塔rmsTs应小于1.1°。

电源噪音

电源噪声会影响LO的相位噪声。下面是估计电源噪声影响的一个简单公式:

Kp为压控振荡器的推力系数，Psn为电源的噪声功率，fc为锁相环滤波器的3dB角频率。

例如，MAX2392的VCO的Kp规格为2MHz/V, MAX8878的Psn规格在10Hz至100KHz范围内为900 μ Vrms²。假设锁相环带宽fc等于5KHz，我们得到以下结果:

这种均方根相位噪声是可以接受的，主要是由于MAX8878的低噪声。

解调器相位不平衡

任何I/Q解调器都会由于两个路径的不匹配而产生相位误差。这种相位误差会对信号功率产生衰减作用，从而降低信噪比。I/Q相位不平衡只影响参考灵敏度，通常影响很小。下面是计算由于相位误差导致的灵敏度下降的公式:

当西塔=5°时，信噪比衰减0.017dB。这种信噪比的降低是可以忽略不计的。