在GSM手機(jī)設(shè)計(jì)中如何減小相位誤差(精)

在GSM手機(jī)設(shè)計(jì)中如何減小相位誤差[摘要]

相位誤差(Pe)是GSM手機(jī)四項(xiàng)非常重要的RF電氣指標(biāo)之一，減小相位誤差對提高手機(jī)的話音質(zhì)量有重大的意義。本文介紹在GSM手機(jī)設(shè)計(jì)中，減小相位誤差的方法。

[關(guān)鍵詞]

GSM手機(jī)；相位誤差Pe(phaseerror)

1

引

言

GSM手機(jī)不論是在研發(fā)、生產(chǎn)還是在維修中，有四項(xiàng)RF電氣指標(biāo)肯定是必須測量的，中有三項(xiàng)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(xiàng)是接收指標(biāo)即靈敏度。相位誤差(Pe)是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。在歐洲GSM的電信標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：Pe的峰值不得大于20度、有效值不得大于5度。當(dāng)Pe指標(biāo)有問題時(shí)，輕則會影響話音質(zhì)量(失真度變大或有咯咯聲)、嚴(yán)重時(shí)則會使手機(jī)脫離GSM服務(wù)網(wǎng)。

2

Pe的定義

要想提高某項(xiàng)指標(biāo)的水平，首先是必須了解那一項(xiàng)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(phasebalance)，換句話說即是：I與Q之間的正交性誤差(quadratureerror)。若某一時(shí)刻Pe的采樣點(diǎn)設(shè)為Pe(j)，根據(jù)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)GSM11．10則有：

MAX{Pe(j)}≤20o

RMS{Pe(j)}={∑nj=1Pe2(j)/n}1/2≤5o,

J＝1，2，3，…n，n≥294

(1)

GSM手機(jī)綜測儀在測量和計(jì)算Pe時(shí)，采樣時(shí)間一般取當(dāng)前的10個(gè)突發(fā)(burst)長度(一個(gè)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(gè)IFPLL，用其輸出來控制一個(gè)專用的發(fā)射VC0，從而達(dá)到實(shí)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(jià)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(jī)都采用OFFSET頻率方案，這有利于減小頻率誤差和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

θ=ωt,dθ=t?dω+ω?dt,ω=2πf

從上式可以看出：在頻率誤差dω相同的情況下，降低頻率有利于減小dθ，因而可減小Pe。手機(jī)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I／Q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(gè)bit的時(shí)間是3．69微秒，故傳輸速率是1000／3．69＝270．8kbps。在理論上，GMSK的調(diào)制頻譜要利用調(diào)制bit的無限隨機(jī)序列再通過復(fù)雜的計(jì)算來得到。理論和實(shí)際測量都表明：GMSK調(diào)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RCLPF電路。其截止頻率的計(jì)算公式為：

τ＝RC＝2×1000×220×10-12＝0．44μs

截止頻率＝1000／(2π?τ)＝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)

3．4

1／Q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LG網(wǎng)絡(luò)或Balun(一種平衡——不平衡轉(zhuǎn)換傳輸線變壓器)?，F(xiàn)介紹一下如何設(shè)計(jì)LG型單端←→雙端轉(zhuǎn)換電路。電路如圖2所示。該電路的特點(diǎn)是：共用了7個(gè)LG元件，其成本比采用Balun要低，但指標(biāo)比采用Balun要差一點(diǎn)。

具體采用何種電路，得由設(shè)計(jì)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(jì)

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(jì)中，有時(shí)會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：小功率輸出時(shí)，Pe指標(biāo)正常；但當(dāng)大功率輸出時(shí)，Pe指標(biāo)則超差。出現(xiàn)這種情況的原因在于：(1)在大信號工作的條件下，PA的線性動態(tài)范圍不夠；