GSM減小相位誤差的方法

1、GSM減小相位誤差的方法how to lower phase error in gsm handset design 李航 摘要 相位誤差(Pe)是GSM手機四項非常重要的RF電氣指標(biāo)之一，減小相位誤差對提高手機的話音質(zhì)量有重大的意義。本文介紹在GSM手機設(shè)計中，減小相位誤差的方法。關(guān)鍵詞 GSM手機；相位誤差Pe (phase error)1 引言 GSM手機不論是在研發(fā)、生產(chǎn)還是在維修中，有四項RF電氣指標(biāo)肯定是必須測量的，中有三項是發(fā)射指標(biāo)，即：射頻輸出功率、頻率誤差、相位誤差，還有一項是接收指標(biāo)即靈敏度。相位誤差(pe)是一項非常重要的指標(biāo)。在歐洲gsm的電信標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：pe的峰值不得

2、大于20度、有效值不得大于5度。當(dāng)pe指標(biāo)有問題時，輕則會影響話音質(zhì)量(失真度變大或有咯咯聲)、嚴(yán)重時則會使手機脫離gsm服務(wù)網(wǎng)。2 Pe的定義 要想提高某項指標(biāo)的水平，首先是必須了解那一項指標(biāo)的定義。Pe的定義是：它是指I路(同相)與Q路(正交)之間的相位平衡度(phase balance)，換句話說即是：I與Q之間的正交性誤差(quadrature error)。若某一時刻Pe的采樣點設(shè)為Pe (j)，根據(jù)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)GSM11.10則有： max pe (j) 20 rms pe (j) = nj =1pe2 (j)/n1/2 5 , j1，2，3， n，n294 (1) GSM手機綜測

3、儀在測量和計算pe時，采樣時間一般取當(dāng)前的10個突發(fā)(burst)長度(一個burst長度等于 577微秒)。 3 減小pe的方法 3.1發(fā)射部分的方案考慮 目前主要有兩種方案：一種是上變頻方案；另一種是0ffset頻率方案。這兩種方案的差別在于rf已調(diào)信號的形成方法：前者是通過傳統(tǒng)的由if到rf的頻譜搬遷，而后者則是通過增加一個if pll，用其輸出來控制一個專用的發(fā)射vc0，從而達(dá)到實現(xiàn)rf調(diào)制信號的目的。從性能來看，后一方案的頻率誤差和pe較??；從電路的復(fù)雜程度來看，前一方案簡單；從綜合的性能價格比來看，后一方案具有優(yōu)勢，故現(xiàn)在絕大多數(shù)的手機都采用offset頻率方案，這有利于減小頻率誤

4、差 和pe。詳細(xì)的方案可參閱有關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)，在此不再進(jìn)一步地說明。3.2頻率合成器參考頻率fr的選擇 =t , d=td+dt , =2f 從上式可以看出：在頻率誤差d相同的情況下，降低頻率有利于減小d，因而可減小pe。手機的fr有兩種選擇：13mhz或26mhz，從減小pe的角度來考慮，選13mhz為好。3.3在iq正交調(diào)制器的輸入端采用lpf 該LPF一般采用無源RC型LPF。在GSM體制中，傳輸每一個bit的時間是3.69微秒，故傳輸速率是10003.69270.8kbps。在理論上，GMSK的調(diào)制頻譜要利用調(diào)制bit的無限隨機序列再通過復(fù)雜的計算來得到。理論和實際測量都表明：GMSK調(diào)

5、制頻譜的60dB帶寬為330KHz，在此帶寬內(nèi)的頻譜已包含了絕大部分的能量，因此選LPF的截止頻率為330KHz是合 適的。我們可采用圖1所示的一階RC LPF電路。其截止頻率的計算公式為： rc2100022010-120.44s 截止頻率1000(2)1000(6.28 0.44)362KHz (注：在工作頻段內(nèi)，電容呈現(xiàn)的阻抗應(yīng)為幾千歐姆左右)3.4IQ正交調(diào)制器采用雙端輸入、輸出方式 與單端方式相比較，雙端方式可以降低串話(cross-talk)干擾，減小噪聲和pe。要采用雙端輸入、輸出方式，肯定會遇到單端與雙端之間的轉(zhuǎn)換問題，為了降低成本，一般均用無源 器件來完成轉(zhuǎn)換，常采用的電路是

6、lg網(wǎng)絡(luò)或balun(一種平衡不平衡轉(zhuǎn)換傳輸線變壓器)。現(xiàn)介紹一下如何設(shè)計lg型單端雙端轉(zhuǎn)換電路。電路如圖2所示。該電路的特點是：共用了7個lg元件，其成本比采用balun要低，但指標(biāo)比采用balun要差一點。具體采用何種電路，得由設(shè)計者根據(jù)情況來確定。在圖2中，由ll、cl組成lpf，其輸出的電壓滯后于電流；l2和c2組成hpf，其相位輸出特性與lpf相反，即輸出電壓超前于電流；c3、c4在工作頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)交流短路，同時隔離直流電壓；l3對中心工作頻率的阻抗等于與它相匹配器件的阻抗。對于e-gsm體制，發(fā)射的工作頻率為880915mhz，中心頻率為8975mhz。由lg一階lpf和hpf截

7、止頻率的計算公式： fc12(lc)1/2915mhz(lpf) fc12(lc)1/2880mhz(hpf) 若取c122pf(并臂阻抗取一百至數(shù)百歐姆左右)，則l11376nh。若取c2c1，則l21488nh。取值處理：對于lpf為了保證有一定的頻率設(shè)計余量，fc應(yīng)加大一點即l1要減小一點，而對于hpf則相反。在工程中我們可取l1為12nh，l2為15nh。對于900mhz工作頻段，可取c3c422pf(呈交流短路幾個歐姆)。若無特別說明，一般雙端rf的阻抗為250100，由此可算出： l3=zl/2f=100(23.14x897.5106) =17.74nh(實際可取18nh) 對于工

8、作在其它頻率點的轉(zhuǎn)換電路，同樣可采用上述方法計算出各個元件的參數(shù)。3.5直流和交流偏置 IQ正交調(diào)制器的直流偏置電平和交流輸入電平相當(dāng)于器件的靜態(tài)和動態(tài)工作點。若工作點不對，則肯定會對指標(biāo)造成不良影響。一般gsm手機iq正交調(diào)制器的直流偏置電乎為1.01.4v，雙端交流輸入電乎為0810vpp。還有一個重要問題是itsp(同相端)、itxn(反相端)、qtxp qtxn它們之間的交流電平平衡度問題，一般要求平衡度誤差小于20mv。若該誤差變大，則會使調(diào)制頻譜的邊帶指標(biāo)變差，從而導(dǎo)致pe變大。 (注：一般iq交流電平的幅度可用示波器來測量，但在研發(fā)和維修中還可采用一個更為簡便和實用的方法，即用數(shù)

9、字萬用表的ac200mv檔來測量，同樣可獲得很高的相對測量精度。用vc9801型萬用表通過和示波器進(jìn)行對比測量后，得出換算系數(shù)為1658(連續(xù)測量有8個timeslot)。例如：若萬用表測得的單端交流電壓為40mv，則實際上那一腳的單端交流對地電壓為：401658528mvpp)3.6 頻率合成器的輸出頻譜和直通效應(yīng) 在gsm手機中用于調(diào)制的頻率合成器，其諧波抑制指標(biāo)一般要優(yōu)于30dbc。調(diào)制器的直通效應(yīng)（feed through effect即vc0的輸出載波直接作用于調(diào)制器的輸出端）要小。若這兩項要求不能滿足的話，則會降低調(diào)制器輸出頻譜的質(zhì)量，從而引起pe變大。3.7 IQ時延調(diào)整 根據(jù)數(shù)

10、學(xué)計算公式：t，當(dāng)頻率一定時，若改變時間同樣可改變相位。根據(jù)這一理論基礎(chǔ)，通過物理層軟件來控制i路或q路基帶信號的時延，可對pe進(jìn)行補償校正。3.8IQ正交調(diào)制器工作頻率的選擇 若僅從減小pe的角度來考慮，選取較低的調(diào)制工作頻率是有利的。現(xiàn)在gsm手機用于正交調(diào)制的調(diào)制頻率一般選取在150300mhz之間。若采用簡單的一次調(diào)制即由基帶信號直接調(diào)制到rf工作頻率，則pe指標(biāo)很難保證，而且對整機的電磁屏蔽要求也非常高。3.9 EMC設(shè)計 良好的emc設(shè)計對于保證pe指標(biāo)是極為重要的。emc設(shè)計主要采用三項措施：接地、屏蔽和濾波。在gsm手機內(nèi)采用大面積接地、地線層、匯流條來降低接地阻抗。在電磁屏蔽設(shè)計中，屏蔽材料的選擇是非常重要的。屏蔽效果取決于所選材料的吸收損耗指標(biāo)，而該指標(biāo)與材料相對導(dǎo)磁率的平方根、與材料相對電導(dǎo)率的平方根成正比。因此，選取具有高的相對導(dǎo)磁率和相對電導(dǎo)率的材料能獲得好的電磁屏蔽效果。當(dāng)然屏蔽材料的選擇還要考慮到加工成型工藝、加工難度和成本。3.10 PA部分的設(shè)計 目前有兩種pa方案可供選擇：開環(huán)方案(無功率檢測)和閉環(huán)方案(有功率檢測)。在pe指標(biāo)方面這兩種方案沒有優(yōu)劣之分。在pa電路的設(shè)計中，有時會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：小功率輸出時，pe