TD-SCDMA用戶(hù)終端射頻收發(fā)信機(jī)性能指標(biāo)分析及測(cè)試

1、摘要：射頻收發(fā)信機(jī)是移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分， 射頻收發(fā)信機(jī)性能對(duì)整個(gè)移動(dòng) 通信系統(tǒng)的性能有著重要的影響。 本文基于第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn) TD-SCDMA 系統(tǒng)用戶(hù)終端 設(shè)備射頻收發(fā)信機(jī)的研究開(kāi)發(fā)， 分析了 TD-SCDMA 用戶(hù)終端射頻收發(fā)信機(jī)的主要性能指標(biāo) 要求，并對(duì)射頻收發(fā)信機(jī)主要指標(biāo)的測(cè)試進(jìn)行了論述。1、引言：在 ITU 最終確定的 5 種 RTT （無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)）建議中， TD-SCDMA 是由中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織 （CWTS ）代表中國(guó)向 ITU 提交的。 TD-SCDMA 提案是在 SCDMA 無(wú)線(xiàn)本地環(huán)路 （SCDMA-WLL ）先進(jìn)技術(shù)以及成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上提出的。它采用時(shí)分雙

2、工（ TDD ）方式， 運(yùn)用了多項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，如：智能天線(xiàn) （Smart Antenna） 技術(shù)、多用戶(hù)檢測(cè) （Joint Detection） 技術(shù)、同步碼分多址（ SCDMA ）技術(shù)、軟件無(wú)線(xiàn)電 （Software Radio） 技術(shù)等。前不久， 大唐電信中央研究院與重慶郵電學(xué)院聯(lián)合成功開(kāi)發(fā)了 TD-SCDMA 試驗(yàn)系統(tǒng)用戶(hù)終 端設(shè)備。 TD-SCDMA 終端無(wú)線(xiàn)接口的相關(guān)特性指標(biāo)與射頻收發(fā)信機(jī)息息相關(guān)。本文介紹分 析了 TD-SCDMA 系統(tǒng)用戶(hù)終端收射頻收發(fā)信機(jī)的主要性能指標(biāo)， 并對(duì)一些收發(fā)信機(jī)射頻指 標(biāo)的測(cè)試進(jìn)行了論述。2、指標(biāo)分析下面結(jié)合 TD-SCDMA 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文檔 CWTS

3、C401 V3.20/3GPP TR 25.945 V2.00 ，對(duì) TD-SCDMA 用戶(hù)終端收發(fā)信機(jī)的一些指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行分析，并作為射頻收發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)的重要 依據(jù)。這里主要分析如下幾個(gè)指標(biāo)參數(shù)：1. 接收靈敏度；2. 鄰道選擇性（ ACS ）與干擾；3. 線(xiàn)性和動(dòng)態(tài)范圍。接收靈敏度接收靈敏度（Psen）是TD-SCDMA終端射頻收信機(jī)重要的指標(biāo)參數(shù)，合理地確定接收靈敏 度直接地決定了 TD-SCDMA 終端射頻收發(fā)信機(jī)的性能及其可實(shí)現(xiàn)性。接收靈敏度是指在確保誤比特率（ BER ）不超過(guò)某一特定值的情況下，在用戶(hù)終端天線(xiàn)端 口測(cè)得的最小接收功率，這里 BER 通常取為 0.001 。接收靈敏度表

4、征著 TD-SCDMA 終端接收機(jī)接收能力的強(qiáng)弱。 CDMA 系統(tǒng)接收機(jī)的接收靈敏 度可以用下式來(lái)表示：% 苴中：尺一一波爾舷曼第數(shù)（L3S x底）;丁絕対溫慮（K）：P噪蘆帶寬（矗）；JVF緲 一一收信機(jī)噪匡丟數(shù)f dB）；DPCH 您亠 心G 一一專(zhuān)用物理信道上每t'PN碼片的平均能量和等效到天線(xiàn)輸入端的白噪聲干擾功率的比a（dB）；妣月_卷很據(jù)系統(tǒng)的仿茸踣果在憶2Kbps的業(yè)務(wù)旗型下乙 =-ysdB；假定收信機(jī)噪聲系數(shù)対AT?1即娜NdB：于是可以®TD-SCDMA端的接收靈敏慶為:P的=-174 +10 log|J 2S MHz 門(mén)龐）+g朋-5_8粛=-1C9 谿測(cè)

5、 / L28城隨考慮到實(shí)際惜應(yīng)需要留一定的余量/這里把TD-SCDbTA辭諦的接收靈騷度定義為-105dBm/1.28MHzB鄰道選擇性（ACS ）與干擾TD-SCDMA終端在接收到有用信號(hào)的同時(shí)還會(huì)接收到鄰道上的信號(hào)（視為干擾），為了能夠正確地接收有用信號(hào)，射頻收信機(jī)必須要對(duì)鄰道干擾進(jìn)行有效的抑制。射頻收信機(jī)的這一特性可以用鄰道選擇性來(lái)衡量。鄰道選擇性是指在相鄰信道信號(hào)存在的情況下，接收機(jī)在其指定信道頻率上接收有用信號(hào)的能力，該相鄰信道信號(hào)的頻率偏離指定信道中心頻率一個(gè)特定的頻率偏移量（1.6MHz ）。鄰道選擇性定義為接收機(jī)濾波器在指定信道頻率上的衰減與在相鄰信道頻率上的衰減的比 值。鄰道

6、選擇性的強(qiáng)弱，直接影響著射頻收信機(jī)的接收性能。鄰道干擾主要是由射頻收信機(jī)中的窄帶濾波器抑制的，如中頻聲表面波濾波器、基帶濾波器等。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) > 當(dāng)ACG33除，射頻收信機(jī)可攝收的裁外信號(hào)電平耳為T(mén)ldB趾ABERO.OQl的 要求j可MM岀允許的鄰道干擾的最大電平月.推食的依據(jù)是要求信號(hào)在進(jìn)入解調(diào)器時(shí)，有用信號(hào)和 DPCR -屁鄰道干擾的的功率電平的差值不得低于BER=0.001S應(yīng)的：#即：DPCH 乂由于接收靈敏度%為"lOadBm/1 28MH!,射頻收信S1O收的量小信號(hào)電平匕為T(mén)ldBm >比匕用 高17JB.假走射頻收信機(jī)的噪再粟數(shù) % S9dB>根據(jù)1

7、 2 式上式可以寫(xiě)成如下形式：<心丿茁f很據(jù)（3 ）式可確走刁為:$ £燈8 +阻興卡亦 +17 = -54dBm門(mén)袈畑這個(gè)指標(biāo)將隹為分析射頻收信機(jī)鄰道選擇性的重要依據(jù)- 線(xiàn)性和動(dòng)態(tài)范圍TD-SCDMA 終端采用QPSK調(diào)制方式，屬于非恒定包絡(luò)的調(diào)制方式。同時(shí)，為了支持高 速率的數(shù)據(jù)傳輸，TD-SCDMA系統(tǒng)采用的是多碼道的傳輸方式。因此， TD-SCDMA終端 收發(fā)的信號(hào)具有很高的峰值 -平均功率比（高達(dá)12dB以上），為了使信號(hào)保持良好的線(xiàn)性 特性，要求TD-SCDMA終端射頻收發(fā)信機(jī)具有很好的線(xiàn)性特性。TD-SCDMA系統(tǒng)是一個(gè)CDMA系統(tǒng)，也就是一個(gè)自干擾系統(tǒng)。在基站端

8、為了防止部分移動(dòng)臺(tái)因?yàn)樾盘?hào)電平太高而使其它移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的信號(hào)不能被正確地接收，希望每個(gè)移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的信號(hào)功率電平在到達(dá)基站時(shí)是相當(dāng)?shù)?，即克服遠(yuǎn)近效應(yīng)”的影響。同時(shí)，考慮到小區(qū)覆蓋范圍的要求，TD-SCDMA終端射頻發(fā)信機(jī)的發(fā)射功率應(yīng)該具有一定的動(dòng)態(tài)范圍（DRrfx）?；赥D-SCDMA系統(tǒng)仿真的假設(shè)條件，可以確定終端射頻發(fā)信機(jī)發(fā)射功率的動(dòng)態(tài)范圍DR rf_tx 為：DR RF_Tx =P Tx_max-MCL BS-UE -Psen_BS =80dB其中：PTx_max表示終端的最大發(fā)射功率，為30dBm ；MCL bs-ue表示終端和基站之間最小的耦合損耗，為60 dB ；Psen_BS表示基

9、站的接收靈敏度，為 -110dBm/1.28MHz 。即：TD-SCDMA終端射頻發(fā)信機(jī)發(fā)射功率需要有80dB的動(dòng)態(tài)范圍。3、指標(biāo)測(cè)試射頻收發(fā)信機(jī)的整機(jī)測(cè)試包括射頻收信機(jī)測(cè)試、射頻發(fā)信機(jī)測(cè)試兩大部分，射頻收信機(jī)的測(cè)試，歸納起來(lái)主要包括以下幾個(gè)方面：接收靈敏度的測(cè)試、抗阻塞特性的測(cè)試、互調(diào)響應(yīng)特 性的測(cè)試、 接收機(jī)響應(yīng)時(shí)延的測(cè)試、 射頻收信機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試等；射頻發(fā)信機(jī)的測(cè)試，歸 納起來(lái)主要有如下幾個(gè)方面： 關(guān)閉功率的測(cè)試、 輸出功率及線(xiàn)性特性的測(cè)試、 發(fā)信機(jī)雜散特 性的測(cè)試、 發(fā)信機(jī)響應(yīng)時(shí)延的測(cè)試、 發(fā)信機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試等?？偟恼f(shuō)來(lái)測(cè)試項(xiàng)目很多，這 里重點(diǎn)介紹一些主要性能指標(biāo)的測(cè)試。收信機(jī)接收

10、靈敏度的測(cè)試接收靈敏度是射頻收信機(jī)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在保證BERS 0.001時(shí)，射頻收信機(jī)接收靈敏度要求能夠達(dá)到 -108dBm 。接收靈敏度測(cè)試的測(cè)試方法如下：在完成對(duì)TD-SCDMA 終端整機(jī)正確的設(shè)置（如跳線(xiàn)、通電等）以后，把向射頻收信機(jī)輸入的射頻信號(hào)的功率電平PRF-in設(shè)置為一個(gè)初始值（如-90dBm ），借助物理層程序分析計(jì)算，求出信-噪比。如果信-噪比大于BER=0.001對(duì)應(yīng)的Eb/no值，則通過(guò)PC機(jī)控制射頻信號(hào)源，使輸 入信號(hào)的功率電平減小 1dB 或 2d B ，重復(fù)上述步驟，直到信 -噪比開(kāi)始小于 。此時(shí)向射頻 收信機(jī)輸入信號(hào)的功率電平 PRF-in 即為

11、射頻收信機(jī)的接收靈敏度。收信機(jī)鄰道選擇性（ ACS ）的測(cè)試鄰道選擇性的好壞體現(xiàn)了射頻收信機(jī)抑制鄰道干擾能力的強(qiáng)弱。根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 當(dāng)鄰道干擾電平為-54dBm，在保證BERS0.001時(shí)，射頻收信機(jī)最小接收電平不得低于-91dBm。射頻收信機(jī)鄰道選擇性測(cè)試的方法如下： 通過(guò)射頻合路器向射頻收信機(jī)輸入TD-SCDMA 射頻通帶信號(hào)和鄰道調(diào)制干擾信號(hào)，鄰道干擾信號(hào)與有用信號(hào)的中心頻率相差1.6MHz ，調(diào)制方式和有用信號(hào)的調(diào)制方式相同，功率電平Pac為-54dBm。把射頻有用信號(hào)的功率電平Pr設(shè)置為一個(gè)初始值（如 -80dBm ），借助物理層程序分析計(jì)算，求出信-噪比。通過(guò) PC 機(jī)的控制改變輸

12、入射頻有用信號(hào)的功率電平P RF-in，找到使BER開(kāi)始小于0.001對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)的功率電平。收發(fā)信機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試射頻收信機(jī)的接收動(dòng)態(tài)范圍要求有 80dB 。對(duì)射頻收信機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試比較簡(jiǎn)單， 通過(guò) PC 機(jī)控制射頻信號(hào)源，使輸入射頻收信機(jī)的功率電平PRF-in從-25dBm到-108dBm之間變化，借助物理層程序分析計(jì)算， 檢驗(yàn)射頻收信機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 射頻發(fā)信機(jī)動(dòng)態(tài) 范圍的測(cè)試與射頻收信機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試類(lèi)似。發(fā)信機(jī)關(guān)閉功率的測(cè)試關(guān)閉功率是射頻發(fā)信機(jī)的一項(xiàng)重要指標(biāo)， 它是指射頻發(fā)信機(jī)在關(guān)斷的情況下在天線(xiàn)口處測(cè)得 的功率。一方面，關(guān)閉功率會(huì)通過(guò)天線(xiàn)輻射出去，對(duì)其它用戶(hù)造成影

13、響；另一方面，部分功 率會(huì)耦合到本用戶(hù)的射頻收信機(jī)， 對(duì)射頻收信機(jī)造成影響。 測(cè)試時(shí)將射頻發(fā)信機(jī)關(guān)斷， 在天 線(xiàn)口處測(cè)試其功率的大小。發(fā)信機(jī)輸出功率及線(xiàn)性特性的測(cè)試輸出功率及線(xiàn)性特性是射頻發(fā)信機(jī)重要的指標(biāo)。 進(jìn)行輸出功率及線(xiàn)性特性的測(cè)試， 可以借助 頻譜分析儀。 在正確設(shè)置發(fā)送的射頻信號(hào)相關(guān)參數(shù) （如帶寬等） 后即可測(cè)試其通帶內(nèi)功率和 ACLR 的大小。發(fā)信機(jī)雜散特性的測(cè)試射頻發(fā)信機(jī)雜散分量過(guò)大， 不但對(duì)其它無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)造成影響， 而且也會(huì)影響本系統(tǒng)。 射頻 發(fā)信機(jī)雜散特性的測(cè)試方法如下：按照CWTS C401 V3.20/3GPP TR 25.945 V2.00的要求設(shè)置測(cè)試帶寬和相關(guān)的頻段，借助頻譜儀進(jìn)行測(cè)試。發(fā)信機(jī)響應(yīng)時(shí)延的測(cè)試射頻發(fā)信機(jī)響應(yīng)時(shí)延的測(cè)試與射頻收信機(jī)響應(yīng)時(shí)延的測(cè)試類(lèi)似。 由于發(fā)信機(jī)輸出的是射頻信 號(hào)，不