TD-LTE发射机系统设计分析
wanted emissions
Operating band unwanted emissions 是 Un-wanted emission 中的一种,其近端的贡献主要来至于 DPD后功放的残余非线性产物以及本振信号的相位噪声,而远端的贡献主要来之于发射链路的噪底,以及DPD 后功放的残余非线性产物,发射链路落在带内的杂散对远端辐射也有比较大的影响。
如上所示为带内杂散模板,其中蓝色是 FCC 的要求,在偏移 1MHz 时,需要满足 22dBm/MHz, 而中国移动只需要满足 3GPP cat A 的需求,在偏移 1MHz 时,需要满足-11dBm/MHz 的要求,但是为了支持beam forming,需要增加 9dB 的要求,即在偏移 1MHz 时,需要满足-20dBm/MHz 要求,设功放输出功率为 20W(43dBm),对 20MHz 的 TD-LTE 信号而言,为了满足 3GPP 要求。
0-1MHz: 43dBm-10*log (18MHz)-(-11dBm/MHz) =40.5dBc
1MHz-10MHz: 43dBm-10*log (18MHz)-(-13dBm/MHz) =42.5dBc
10MHz: 43dBm-10*log (18MHz)-(--15dBm/MHz) =44.5dBc
根据如上的结果,可以分配到 DUC,CFR,调制器,功放等每一级,保证级联结果不得低于如上的值。
2.4.2 ACLR(邻道泄露功率抑制比)
ACLR 是指主信号的均值功率和领道信号功率的比值,通常 3GPP cat A 要求其可以取满足于-45dB 的相对比值,或者取-13dBm/MHz 作为绝对的值的领道功率,可以两者取其轻; cat B 是可以在相对 45dB或者绝对-15dBm/MHz 中取其轻,相对带内杂散要求来说,ACPR 要求更低,通常是用来评估发射机系统的非线性指标的,在系统中,PA driver, 调制的非线性,本振信号的相位噪声,以及 DAC 的非线性指标都会影响系统的 ACLR。
ACLR 是一个系统指标,对应的 PA driver, 调制器的非线性指标为 OIP3, 粗约的转化可以表示为:
1 载波 ACPR=IIM3I-3dB
2 载波 ACPR=IIM3I-9dB
4 载波 ACPR=IIM3I-12dB
所以可以根据 IM3 算出 OIP3,从而根据 OIP3 的级联公式可以算出对每一级器件的 OIP3 要求。
2.4.3 Transmitter spurious emissions(发射杂散)
发射杂散是指 9KHz 到 12.5GHz 频段,除去带内杂散以外的所有频率范围内的杂散要求,这是一个强制的要求,如下总结了通用的杂散指标,发射通道对接收通道的杂散要求,共存杂散指标,共站址等杂散指标要求,对共存,共站址没有列出所有的频率范围,仅仅列出了一些代表部分,具体的设计需要对照3GPP 里面列出的所有频率范围的杂散指标要求。
尤其是对接收机的信号干扰,需要保证-96dBm-10*log(100KHz/Hz)=-146dBm/Hz,这是没有滤波器抑制的,需要保证在发射机关断后,其输出的功率极低;对于共站址的-98dBm 杂散要求,需要在设计双工器的时候针对对应的共站址频率进行相应的抑制。
同时要考虑各种可能的交调产物落在对应的频率范围内(有很多计算交调的工具),需要考虑到各种可能的信号,如时钟频率及谐波,PLL 频率及谐波,以及其相互之间的交调产物。
2.4.4 发射互调
发射互调要求是用来测试发射机抑制自身非线性的能力,测试的干扰信号为 5MHz E-UTRA,均值功率为 43dBm-30dB=13dBm 的信号,其位置分别位于离主信号+/-12.5MHz,+/-7.5MH 在,+/-2.5MHz 处,其交调产物要满足图 6 所以的杂散辐射模板。
3、TI TD-LTE 发射关键器件要求
第二节详细解析了发射机的指标要求,本节将依据其指标要求,结合 TI 的方案介绍重点器件的需求(DAC+调制器,时钟,频综)。
3.1 DAC+调制器
高带宽:支持 190MHz BW,需要的 DPD 带宽至少 600MHz,DAC 数据速率 750MHz。
(750*0.8=600MHz) DAC 采样率 750*2=1.5Gpbs, DAC34SH84 采样率 1.5GHz, 支持最大 600MHz 信号带宽。
低噪声:考虑远端噪声模板要求,保留 13dB 余量,DAC+调制的噪声要求应该低于:-22dBm/MHz-13dB-(-43dBm-(-14dBm))-10lg1MHz=-152dBm/Hz,DAC34SH84 噪底为-156dBm/Hz, TRF3705 噪底 -157dBm/Hz,所以总噪声为大概为-153dBm/Hz。
平坦度:图 8 为 DAC34SH84+TRF3705 的平坦图,结合频率校准,能够满足平坦度要求。
SFDR:考虑单载波信号,带宽 20MHz, 对带内杂散指标要求,假设 10%贡献来自于DAC34SH84+TRF3705,SFDR 需要好于: [43dBm-10lg (18MHz)]-[(-22dBm)-(10lg1MHz)]-10lg0.1=63dB
总结
本文详细介绍了发射机的系统指标要求及分解,各种指标对系统的要求,以及关键器件的选择,结合 TI 的方案 DAC34SH84+TRF3705,为 TD-LTE 提供了一套发射机系统方案分析的思路及器件选择的依据。
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