系统相位噪声的指标

系统相位噪声的指标举个例子说明800MHzCDMA手机接收(参看IS-98标准)你可以这样想,所有的接收机的参数要求,不管是GAIN,NF,还是IP3等等,都是为了一个目的---实现一定的信噪比SNR从而能够对信号进行解调.不论是灵敏度,动态范围还是在有干扰信号条件下,解调是接收机要达到的目的.对CDMA手机接收机来说,解调需要的SNR=-1.5dB(大约值)IS-98里面有一个单音(Singletone)测试,是测试CDMA接收机在一个单音强干扰情况下的性能.CDMA接收机灵敏度最低要求-104dBm(带宽1.25MHz).也就是说在最差NF条件下,热噪声功率=-104-SNR=-102.5dBm/1.25MHz单音测试条件如下CDMA信号功率=-101dBm/1.25MHz单音频偏=900KHz单音功率=-30dBm如图所示,不管是有中频还是零中频结构,信号和LO混频后落在有用带宽内,单音和LO混频后还是会落在900KHz处(会被中频或基带滤波器滤除),单音和LO的相位噪声混频后(称为reciprocalmxing,有人翻译为倒易混频,即把单音当作一个本振信号,把LO的相位噪声当作一个宽带信号进行混频,倒易意指单音和LO角色互换)的产物会落在有用带宽内,这种噪声迭加在热噪声之上,引起系统SNR下降.接收机系统相位噪声的指标可以由此得出.因为单音测试主要由双工器隔离度,LNAIP3和相位噪声决定,因此计算相位噪声的指标要留裕量给其它指标(这里用6dB).根据上面的计算,我们可以对相位噪声提一个指标:在900KHz频偏处要求-139dBc/Hz.另外,1900MHzCDMA的单音测试要求是1.25MHz频偏,其它都一样,因此我们同样可以得出1900MHzCDMA接收机相位噪声指标:在1.25MHz频偏处要求-139dBc/Hz相关图片[点击查看原始尺寸]：GSM手机中的本振参数分析本文基于一个工作在GSM900/DCS1800/PCS1900频段并支持GPRS/EDGE模式的收发器(Transceiver)，讨论其对本振(LO)模块的要求。发射机采用I/Q中频以及高频锁相环调制。接收机采用零中频(ZeroIF,DirectConversionReceiver,DCR)方案。锁相环采用分数(N)频率合成器(Fractional-NSynthesizer)为收发模块提供本振。一.频率规划频率规划的目标是只用一个VCO产生所有本振频率。先看看接收机。接收机用零中频，接收频率与本振相等。接收频率倍频系数LO频率EGSM925-960MHz3/21372.5-1440MHzDCS1805-1880MHz3/41353.75-1410MHzPCS1930-1990MHz3/41447.5-1492.5MHzEGSM频段的本振经过三分频再二倍频得到，DCS/PCS频段的本振经过三分频再四倍频得到。对接收机来说，VCO的频率范围是1353.75MHz到1492.5MHz。发射机的频率规划理解起来有点复杂。如果本振选择高端注入，需满足以下几个公式(1)LO/3/N=(2*LO/3-TXRF)/RGSM2*LO/3/N=(4*LO/3-TXRF)/RDCS/PCS这里N是一个9到12之间的整数，R等于1或者2。(2)本振信号和锁相环的比较频率的高次谐波之间差拍使分数(N)频率合成器产生杂散频率(Spur)，这种杂散频率将会以调制在本振上的形式出现并最终进入发射信号频谱。频率规划要考虑这种情况，使得杂散频率离中心频率越远越好。Spur=|LO-n*Fcomp|其中n为整数。基本上Spur要大于1.8MHz，至少也要有1.2MHz。(3)三个频段的发射机的中频最好都选在一个比较窄的范围TXIF=(2*LO/3-TXRF)GSMTXIF=(4*LO/3-TXRF)DCS/PCS如果参考频率选13MHz的TCXO，并要求Spur大于1.8MHz，发射频率中频范围LO频率EGSM885-915MHz98-115MHz1485-1544MHzDCS1710-1785MHz90-105MHz1355-1415MHzPCS1850-1910MHz97-113MHz1460-1517MHz如果参考频率选19.5MHz的TCXO，并要求Spur大于1.2MHz，发射频率中频范围LO频率EGSM885-915MHz82-100MHz1465-1500MHzDCS1710-1785MHz82-101MHz1355-1403MHzPCS1850-1910MHz82-101MHz1454-1496MHz二.本振杂散响应(SpuriousLevels)1.接收机的要求(i)接收机阻塞性能(BlockingPerformance)有用信号在参考灵敏度(Ref_Sens=-100dBmforDCS,Ref_Sens=-102dBmforGSM&PCS)3dB以上，阻塞信号频偏为200KHz的整数倍，功率由下表给定频偏|f-f0|GSMDCS/PCS带内600KHz=|f-f0|800KHz=|f-f0|1.6MHz-43-431.6MHz=|f-f0|3MHz-33-333MHz=|f-f0|800KHz-23-26带外(a)00(b)-12(c)-12(d)00其中(a)指0.1到915MHz(GSM)，0.1到1705MHz(DCS/PCS)(b)指1705到1785MHz(DCS/PCS)(c)指1920到1980MHz(DCS/PCS)(d)指980到12,750MHz(GSM)，1980到12,750MHz(DCS/PCS)以下假定带外阻塞信号经过滤波器衰减后，在混频器输入端表现出与带内阻塞信号一样的电平。那么，阻塞信号与有用信号的差值(dBc)是Blocker(indBc)=Blocker(indBm)-[Ref_Sens(indBm)+3]频偏|f-f0|GSMDCSPCSBlocker(dBc)Blocker(dBc)Blocker(dBc)600-1400KHz5654561.6-2.8MHz666466=3MHz767173设计接收机时要满足参考灵敏度的要求(信噪比SNR=7dB)。在有用信号比参考灵敏度高3dB的情况下，交互混频噪声比有用信号低10dB正好能满足SNR=7dB的要求(总的噪声功率等于不存在阻塞情况下的噪声加上交互混频噪声)。也就是说，在200KHz的噪声带宽上，本振的杂散响应与本振功率的差值(dBc/200KHz)是Spur_max(dBc/200KHz)=-Blocker(indBc)-10或者相对噪声功率密度(LOnoise)(dBc/Hz)[主要成分是相位噪声Phasenoise]Noise_max(dBc/Hz)=Spur_max(dBc/200KHz)-10*LOG(200*1000)根据以上公式，接收机阻塞特性对本振的杂散响应要求见下表频偏|f-f0|最大杂散功率(dBc/200KHz)最大噪声功率(dBc/Hz)GSMDCSPCSGSMDCSPCS600-1400KHz-66-64-66-119-117-1191.6-2.8MHz-76-74-76-129-127-129=3MHz-86-81-83-139-134-136(ii)邻频道干扰(Adjacentchannelinterference)邻频道干扰与有用信号的相对值如下频偏Unwantedlevel(dBc)200KHz9400KHz41600KHz49邻频道干扰与本振的杂散响应混频的产物应该比有用信号低9dB，如果还考虑4dB的设计余量，那么在200KHz的噪声带宽上，本振的杂散响应与本振功率的差值是Spur_max(dBc/200KHz)=-Adjacent(indBc)-(9+4)Noise_max(dBc/Hz)=Spur_max(dBc/200KHz)-10*LOG(200*1000)根据以上公式，接收机邻频道干扰特性对本振的杂散响应要求见下表频偏最大杂散功率(dBc/200KHz)最大噪声功率(dBc/Hz)200KHz-22-75400KHz-54-107600KHz-62-1152.发射机的要求由于发射机采用锁相环调制，所有频偏大于锁相环环路带宽的杂散响应将会被衰减，本文中将不会考虑频偏大于6MHz的本振杂散响应。(i)调制频谱(Modulationspectrum)发射机调制频谱的规定见下表测量时频谱仪设置Zerofrequencyspan,30KHzresolutionbandwidth,30KHzvideobandwidth,videoaveraging频偏(KHz)0±100±200±250±400±600到±1800相对功率+0.5-30-33-60-60(dBc)绝对功率-36-36-36-36-51GSM(dBm)绝对功率-36-36-36-36-56DCS(dBm)讨论中不分GSM或DCS，而是考虑最坏情况。如果考虑10dB的设计余量，那么在30KHz的噪声带宽上，本振的杂散响应与本振功率的差值是Spur_max(dBc/30KHz)=Modulation(dBc)-10因为调制频谱受到很多其它因素的影响,本振的相位噪声和杂散响应的贡献只是其中一部分，所以要考虑设计余量。对于相位噪声的规定需要更多的余量。测量传输功率时采用30KHz的分辨率带宽，测量结果比实际功率低8dB左右，因为整个传输带宽是200KHz。考虑到其它因素的影响，本振相位噪声在400KHz到1800KHz再加上6dB的余量，在1800KHz以上再加上3dB的余量。|f-f0|400KHzNoise_max(dBc/Hz)=Spur_max(dBc/30KHz)-10*LOG(30*1000)400KHz≤|f-f0|1800KHzNoise_max(dBc/Hz)=Spur_max(dBc/30KHz)-10*LOG(30*1000)-61800KHz≤|f-f0|Noise_max(dBc/Hz)=Spur_max(dBc/30KHz)-10*LOG(30*1000)-3对本振的具体要求见下表频偏最大杂散功率(dBc/30KHz)最大噪声功率(dBc/Hz)100KHz-10-55200KHz-40-85250KHz-43-88400-1800KHz-70-121≥1800KHz-75-128(ii)开关频谱(Switchingspectrum)发射频谱由于开关特性而引起的频谱扩展要满足以下规定(见GSM05.05，GSM11.10不再有这样严格)。测量时频谱仪设置30KHzresolutionbandwidth,100KHzvideobandwidth,peakhold频偏(KHz)最高测量功率(dBm)400-23600-261200-321800-36在以最大功率传输时(DCS/PCS30dBm,GSM33dBm)，如果考虑10dB的设计余量，那么在30KHz的噪声带宽上，本振的杂散响应与本振功率的差值是Spur_max(dBc/30KHz)=Switching(dBm)-Power_max(dBm)-10Noise_max(dBc/Hz)=Spur_max(dBc/30KHz)-10*LOG(30*1000)对本振的具体要求见下表频偏最大杂散功率(dBc/30KHz)最大噪声功率(dBc/Hz)DCS/PCSGSMDCS/PCSGSM100KHz-63-66-108-111600KHz-66-69-111-1141200KHz-72-75-117-1201800KHz-76-79-121-124(iii)发射机杂散辐射(Transmitterspuriousemissions)发射机杂散辐射在这种情况下只与频偏超过6MHz的本振响应相关。如果在30KHz带宽上采用peakhold的方法测量，在频偏大于1800KHz时，DCS/PCS的发射机杂散辐射不能超过-30dBm，而GSM是-36dBm。在以最大功率传输时(DCS/P