射頻通信全鏈路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課件 第4章 射頻通信接收機(jī)設(shè)計(jì)

射頻通信全鏈路系統(tǒng)設(shè)計(jì)馬文建等編著機(jī)械工業(yè)出版社第4章射頻通信接收機(jī)設(shè)計(jì)第4章射頻通信接收機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉射頻通信接收機(jī)指標(biāo)體系，包括靜態(tài)靈敏度、鄰道選擇性、阻塞特性、互調(diào)特性等。掌握射頻通信接收機(jī)設(shè)計(jì)方法，能根據(jù)特定需求對(duì)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)算和相關(guān)設(shè)計(jì)分解。知識(shí)框架4.1指標(biāo)體系

4.2靜態(tài)靈敏度4.2.1指標(biāo)定義4.2.2需求分析4.2.3設(shè)計(jì)分解4.3鄰道選擇性4.3.1指標(biāo)定義4.3.2需求分析4.3.3設(shè)計(jì)分解4.4阻塞特性4.4.1指標(biāo)定義4.4.2需求分析4.4.3設(shè)計(jì)分解4.5互調(diào)特性4.5.1指標(biāo)定義4.5.2需求分析4.5.3設(shè)計(jì)分解4.6綜合設(shè)計(jì)4.1指標(biāo)體系射頻通信接收機(jī)指標(biāo)體系主要包括靜態(tài)靈敏度、鄰道選擇性、阻塞特性和互調(diào)特性4大指標(biāo)。其中，靜態(tài)靈敏度決定了接收機(jī)能收到的最小信號(hào)電平，限制了設(shè)備的通信覆蓋范圍。鄰道干擾信號(hào)制約著接收機(jī)的鄰道選擇性，帶內(nèi)/帶外阻塞制約著接收機(jī)的阻塞特性，而鄰道選擇性和阻塞特性決定了接收機(jī)能收到的最大信號(hào)電平。最大電平和最小電平之間的差值為接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。另外，鄰道選擇性、阻塞特性和互調(diào)特性共同限制著接收機(jī)的線性水平。4.2靜態(tài)靈敏度靜態(tài)靈敏度也稱為參考靈敏度，是指接收機(jī)在滿足吞吐量要求(通常不小于參考測(cè)量信道最大吞吐量的95%)的條件下，天線口能夠收到的最小信號(hào)電平。如果接收信號(hào)在經(jīng)過數(shù)字抽取、濾波等處理后，不會(huì)產(chǎn)生額外的信噪比下降或?qū)π旁氡鹊挠绊懣珊雎裕瑒t靜態(tài)靈敏度計(jì)算公式可表示為4.2.1指標(biāo)定義

4.2靜態(tài)靈敏度對(duì)比5GNR基站協(xié)議(3GPP38.104)和終端協(xié)議(3GPP38.101)，廣域基站的靜態(tài)靈敏度指標(biāo)要求最為苛刻。此處以5GNR廣域基站在5MHz帶寬、15kHz子載波間隔(SCS)、QPSK調(diào)制方式下-101.7dBm靜態(tài)靈敏度指標(biāo)為例，進(jìn)行該指標(biāo)的需求分析：4.2.2需求分析參考3GPP38.104協(xié)議，對(duì)于FR1頻段信號(hào)帶寬RB數(shù)配置表，5MHz帶寬、15kHz子載波間隔下的RB數(shù)為25個(gè)，每個(gè)RB下的子載波數(shù)為12個(gè)，則RB信號(hào)帶寬為QPSK調(diào)制方式下的解調(diào)門限大約為-1dB，則接收電路級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)NF需滿足如果是FDD系統(tǒng)，則還需考慮發(fā)射底噪的泄露。發(fā)射底噪泄露對(duì)靜態(tài)靈敏度的影響主要受限于發(fā)射底噪水平和雙工器隔離度，且單RB場(chǎng)景下指標(biāo)需求更加苛刻落到接收帶內(nèi)的混疊噪聲也會(huì)影響靜態(tài)靈敏度。該混疊噪聲主要受限于ADC采樣率、頻率規(guī)劃、濾波器抑制等綜上，接收級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)NF應(yīng)不大于6.7dB。預(yù)留2dB設(shè)計(jì)余量，系統(tǒng)按照4.7dBNF內(nèi)控指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.2靜態(tài)靈敏度接收機(jī)NF主要由前端無源插損、通道增益和ADC底噪決定。4.2.3設(shè)計(jì)分解ADC底噪

為降低ADC底噪對(duì)整體接收鏈路靜態(tài)靈敏度指標(biāo)的影響，結(jié)合噪聲系數(shù)級(jí)聯(lián)公式，前端射頻通道必須提供足夠高的通道增益4.2靜態(tài)靈敏度4.2.3設(shè)計(jì)分解通道增益

由此得到，通道增益為4.2靜態(tài)靈敏度4.2.3設(shè)計(jì)分解無源插損前端無源部分主要包括射頻連接器、腔體濾波器(雙工器)和PCB走線?？紤]到NF設(shè)計(jì)指標(biāo)為4.7dB，最前端LNA貢獻(xiàn)大約1.4dB，ADC貢獻(xiàn)0.1dB，通道上其他電路(比如：π衰、變頻、放大、濾波、VGA等)貢獻(xiàn)大約0.4dB，則留給前端無源插損大約為2.8dB。結(jié)合當(dāng)前常規(guī)設(shè)計(jì)要求和工藝能力水平，前端無源插損分解如下：射頻連接器損耗≤0.8dB，包括天饋接口、腔體濾波器與射頻模塊橋接接口。腔體濾波器損耗≤1.8dB。腔體濾波器在滿足損耗的同時(shí)，需要具有足夠的帶外抑制、收發(fā)隔離度和工作帶寬指標(biāo)。PCB走線損耗≤0.2dB。在PCB布局時(shí)，前端LNA需盡可能靠近連接器，保證盡可能短的PCB走線。4.2靜態(tài)靈敏度4.2.3設(shè)計(jì)分解綜上分析，要滿足前面的靜態(tài)靈敏度指標(biāo)，在設(shè)計(jì)過程中，有如下設(shè)計(jì)約束：靜態(tài)靈敏度設(shè)計(jì)分解總結(jié)4.3鄰道選擇性

4.3.1指標(biāo)定義基站，鄰道干擾信號(hào)中心頻點(diǎn)與帶內(nèi)有用信號(hào)上邊緣頻點(diǎn)或下邊緣頻點(diǎn)之間的距離，即圖中的fOffset1。終端，鄰道干擾信號(hào)中心頻點(diǎn)偏離帶內(nèi)有用信號(hào)中心頻點(diǎn)的距離，即圖中的fOffset2。鄰道選擇性指標(biāo)要求接收機(jī)在接收有用信號(hào)的同時(shí)，對(duì)鄰道干擾信號(hào)提供足夠高的抑制度，其抑制度主要取決于固定中頻的信道選擇濾波器和數(shù)字濾波器。4.3鄰道選擇性

4.3.2需求分析5GNR廣域基站在5MHz帶寬、15kHz子載波間隔、QPSK調(diào)制方式下的靜態(tài)靈敏度為-101.7dBm，則ACS靈敏度為-95.7dBm。QPSK下解調(diào)門限為-1dB，則等效總噪聲功率≤-94.7dBm/5MHz。為防止批次波動(dòng)等影響，預(yù)留3dB設(shè)計(jì)余量，即系統(tǒng)按照≤-97.7dBm內(nèi)控指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。鄰道選擇性分析的噪聲主要包括接收機(jī)熱噪聲、ADC底噪、本振倒異混頻噪聲、非線性產(chǎn)物噪聲、數(shù)字濾波器抑制殘余噪聲共5個(gè)部分。在通道增益不變情況下，可認(rèn)為ADC等效到天線口的底噪基本不變，即ADC底噪的影響基本可忽略。鄰道選擇性噪聲貢獻(xiàn)項(xiàng)4.3鄰道選擇性4.3.3設(shè)計(jì)分解鄰道選擇性主要由接收熱噪聲、本振倒異混頻噪聲、非線性產(chǎn)物和數(shù)字濾波器抑制殘余噪聲決定。接收熱噪聲接收熱噪聲需控制在-102.9dBm以內(nèi)，而在-52dBm鄰道信號(hào)輸入情況下，AGC還未起控，通道增益基本不變，通道NF與靜態(tài)時(shí)基本一致小于前面靜態(tài)靈敏度中NF設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足設(shè)計(jì)需求。由于AGC未起控，為盡可能削弱由于大信號(hào)導(dǎo)致ADC底噪的抬升，應(yīng)限制接收機(jī)的通道增益。5MHzDFT-s-OFDMNR鄰道測(cè)試信號(hào)峰均比PAPR在8dB左右，接收信號(hào)強(qiáng)度指示RSSI誤差2dB，5MHz帶寬內(nèi)增益波動(dòng)1dB，預(yù)留2dB余量，因此要求ADC輸入口最大信號(hào)不要超過-13dBFS，假定ADC滿刻度電平在4dBm左右，則ADC最大輸入電平應(yīng)控制在-9dBm以內(nèi)，鏈路增益應(yīng)滿足遠(yuǎn)大于靜態(tài)靈敏度對(duì)通道增益的設(shè)計(jì)條件4.3鄰道選擇性4.3.3設(shè)計(jì)分解本振倒異混頻噪聲由于實(shí)際本振信號(hào)的能量不是集中在一個(gè)頻點(diǎn)上，而是連續(xù)分布在頻譜上，存在雜散和噪聲，即本振相位噪聲。若混頻器輸入端在偏離有用信號(hào)處存在較強(qiáng)干擾信號(hào)，此強(qiáng)干擾信號(hào)與偏離本振信號(hào)處的雜散和噪聲進(jìn)行混頻，產(chǎn)生的頻率分量正好落入中頻有用信號(hào)帶內(nèi)，形成中頻噪聲，進(jìn)而影響接收靈敏度。假設(shè)偏離本振2.5M~7.5MHz區(qū)域內(nèi)的相位噪聲服從均勻分布，則此區(qū)域內(nèi)的總噪聲功率近似倒異混頻噪聲為本振倒異混頻噪聲需控制在-102.9dBm以內(nèi)，則偏離載波2.5M~7.5MHz區(qū)域內(nèi)的平均相位噪聲應(yīng)小于-117.4dBc/Hz。相對(duì)比較容易滿足。4.3鄰道選擇性4.3.3設(shè)計(jì)分解非線性產(chǎn)物非線性產(chǎn)物噪聲需控制在-104.7dBm以內(nèi)，則要求接收通道鏈路鄰道功率泄露比ACLR滿足根據(jù)ACLR與OIP3的關(guān)系表達(dá)式，并結(jié)合8dB左右信號(hào)峰均比，可以得出接收通道鏈路IIP3需滿足結(jié)合通常設(shè)計(jì)的接收通道鏈路IIP3一般都可達(dá)到-10dBm以上，因此，對(duì)于此IIP3≥-28dBm相對(duì)比較容易滿足。4.3鄰道選擇性4.3.3設(shè)計(jì)分解數(shù)字濾波器抑制殘余噪聲數(shù)字濾波器抑制殘余噪聲需控制在-104.7dBm以內(nèi)，則要求沒有信道選擇濾波器架構(gòu)的數(shù)字濾波器提供至少-52-(-104.7)=53.7dB鄰道抑制比，像RRC這樣的數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)此指標(biāo)相對(duì)容易。綜上分析，要滿足鄰道選擇性指標(biāo)，在設(shè)計(jì)過程中，有如下設(shè)計(jì)約束：鄰道選擇性設(shè)計(jì)分解總結(jié)4.4阻塞特性各移動(dòng)通信頻段共站共址、WiFi、藍(lán)牙、雷達(dá)、電視、廣播等其他通信系統(tǒng)，導(dǎo)致各無線設(shè)備接收機(jī)往往工作在復(fù)雜多變的電磁頻譜干擾環(huán)境中，這就是所謂的阻塞(Blocking)場(chǎng)景。阻塞是接收機(jī)存在干擾信號(hào)時(shí)，在滿足一定誤碼率情況下，能夠解調(diào)出特定頻帶內(nèi)最小有用信號(hào)的能力，即通過阻塞靈敏度指標(biāo)來衡量接收機(jī)的抗阻塞性能。阻塞分為帶內(nèi)阻塞和帶外阻塞兩種類型，鄰道選擇性屬于一種特殊的帶內(nèi)阻塞。由于基站和終端應(yīng)用場(chǎng)景和鏈路器件的差異，其阻塞指標(biāo)的需求定義也有所不同。4.4.1指標(biāo)定義4.4阻塞特性4.4.1指標(biāo)定義帶內(nèi)阻塞

用信號(hào)頻段和靈敏度惡化相同數(shù)值情況下，終端的干擾信號(hào)功率遠(yuǎn)低于基站的干擾信號(hào)功率。圖(b)為終端帶內(nèi)阻塞指標(biāo)定義，與基站類似，只是終端定義了兩級(jí)foffset，隨著foffset的增大，阻塞電平PInt也隨之提高。4.4阻塞特性4.4.1指標(biāo)定義帶外阻塞

4.4阻塞特性4.4.2需求分析對(duì)比5GNR基站協(xié)議(3GPP38.104)和終端協(xié)議(3GPP38.101)，終端阻塞性能明顯低于基站，且本地基站的帶內(nèi)阻塞電平雖然比廣域基站高8dB，但由于同等約束條件下本地基站的靜態(tài)靈敏度指標(biāo)比廣域基站低8dB，所以此處仍以5GNR廣域基站5MHz有用信號(hào)帶寬為例，分別進(jìn)行帶內(nèi)和帶外阻塞指標(biāo)需求分析。4.4阻塞特性4.4.2需求分析帶內(nèi)阻塞參考鄰道選擇性的需求分析，同樣預(yù)留3dB設(shè)計(jì)余量。系統(tǒng)在-43dBm帶內(nèi)阻塞干擾信號(hào)功率下，按照等效總噪聲功率≤-97.7dBm/5MHz內(nèi)控指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)?；編?nèi)阻塞典型指標(biāo)需求4.4阻塞特性4.4.2需求分析帶內(nèi)阻塞影響帶內(nèi)阻塞指標(biāo)的因素除了鄰道選擇性分析項(xiàng)以外，還需要重點(diǎn)考慮AGC起控引起的接收鏈路噪聲系數(shù)惡化，以及大信號(hào)條件下的ADCSFDR惡化。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，帶內(nèi)阻塞靈敏度惡化的噪聲貢獻(xiàn)比例和具體噪聲指標(biāo)見下表，按照此貢獻(xiàn)項(xiàng)噪聲指標(biāo)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。帶內(nèi)阻塞噪聲貢獻(xiàn)項(xiàng)4.4阻塞特性4.4.2需求分析帶外阻塞基站帶外阻塞一般分為通用帶外阻塞和共址帶外阻塞兩種類型?；就ㄓ脦庾枞湫椭笜?biāo)需求宏基站共址帶外阻塞典型指標(biāo)需求一般來說，帶外阻塞除了需要滿足上述帶內(nèi)阻塞影響因素外，還需重點(diǎn)分析濾波器抑制度、鏡像干擾、混頻器M×N雜散響應(yīng)、射頻混疊干擾、收發(fā)隔離等因素。由于接收機(jī)應(yīng)用頻段、場(chǎng)景架構(gòu)的不同，導(dǎo)致上述分析項(xiàng)的影響因素貢獻(xiàn)比重存在較大差異，后面將以bandn3頻段(UL:1710~1785MHz,DL:1805~1880MHz)超外差式架構(gòu)為例，進(jìn)行帶外阻塞指標(biāo)的設(shè)計(jì)分解。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解動(dòng)態(tài)范圍

4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解動(dòng)態(tài)范圍結(jié)合3GPP協(xié)議和應(yīng)用場(chǎng)景，基站的覆蓋區(qū)域越小，基站的帶內(nèi)阻塞信號(hào)越大，則要求的接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍越高。特別對(duì)于移動(dòng)終端設(shè)備和無線回傳設(shè)備(RRN)，其最大輸入電平和帶內(nèi)阻塞干擾電平更高，一般需要高達(dá)50dB左右的動(dòng)態(tài)范圍。為了滿足動(dòng)態(tài)范圍需求，在接收鏈路上需要設(shè)置可變?cè)鲆娣糯笃骰蚩烧{(diào)衰減器(統(tǒng)稱為VGA)來調(diào)整通道增益，而此VGA在接收鏈路中的位置，需要綜合阻塞靈敏度和互調(diào)特性(后面4.5節(jié)會(huì)詳細(xì)分析)兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)通道增益衰減較小時(shí)，為盡可能降低通道衰減對(duì)阻塞靈敏度的影響，VGA一般放到混頻器后，即靠近ADC，稱為中頻VGA(IFVGA)；當(dāng)通道增益衰減較大時(shí)，即接收機(jī)處于大信號(hào)阻塞場(chǎng)景，為提高接收機(jī)線性改善其互調(diào)特性，除IFVGA外，還需要RFVGA，即衰減器放置在LNA后級(jí)、混頻器前級(jí)。一般情況下，當(dāng)阻塞信號(hào)電平大于-35dBm時(shí)，啟動(dòng)RFVGA，既保證互調(diào)特性有較大改善，有盡可能降低了對(duì)阻塞靈敏度的影響。對(duì)于上述13.3dB的動(dòng)態(tài)范圍，只需設(shè)置IFVGA即可滿足設(shè)計(jì)需求。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶內(nèi)阻塞下面分別從接收機(jī)熱噪聲、ADCSFDR雜散、本振倒異混頻噪聲、通道非線性產(chǎn)物噪聲和數(shù)字濾波器抑制殘余噪聲5個(gè)方面，進(jìn)行帶內(nèi)阻塞設(shè)計(jì)分析。(1)接收機(jī)熱噪聲結(jié)合靜態(tài)靈敏度對(duì)通道增益(-34.3dB)的需求，以及4.3.3節(jié)ADC最大輸入電平(-9dBm)的分析，得出接收通道AGC起控電平大約為-44dBm。在-43dBm帶內(nèi)阻塞電平下，假設(shè)前端濾波器對(duì)帶內(nèi)阻塞干擾信號(hào)幾乎沒有抑制，則在帶內(nèi)阻塞場(chǎng)景下，AGC起控將引起接收機(jī)噪聲系數(shù)惡化。而對(duì)于此處1dB的AGC衰減，接收通道NF惡化基本能控制在0.1dB以內(nèi)。另外，在帶內(nèi)阻塞場(chǎng)景下，由于大信號(hào)造成ADC底噪的惡化一般在3dB以內(nèi)，對(duì)整體接收通道NF惡化基本可控制在0.1dB以內(nèi)。為了盡可能降低AGC起控的衰減值，接收通道增益值應(yīng)盡可能貼近滿足靜態(tài)靈敏度指標(biāo)對(duì)應(yīng)通道增益的下限值，即34.3dB。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶內(nèi)阻塞——(2)ADCSFDR雜散在阻塞場(chǎng)景下，大信號(hào)進(jìn)入ADC產(chǎn)生諧波雜散，引起SFDR惡化。如果此SFDR噪聲功率高于有用信號(hào)，且擊中有用信號(hào)，則會(huì)導(dǎo)致阻塞靈敏度指標(biāo)不滿足需求。因此，在ADC選型中，應(yīng)對(duì)重點(diǎn)測(cè)試分析其SFDR指標(biāo)，避免SFDR雜散點(diǎn)影響有用信號(hào)的正確解調(diào)。另外，如果接收機(jī)熱噪聲影響因素余量較大，可嘗試適當(dāng)降低AGC起控電平，降低ADC輸入功率，減少SFDR惡化量。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶內(nèi)阻塞——(3)本振倒異混頻噪聲

本振倒異混頻噪聲需控制在-104.7dBm以內(nèi)，則偏離載波7.5M~12.5MHz區(qū)域內(nèi)的平均相位噪聲應(yīng)小于-127.2dBc/Hz。Sub6G頻段的基站本振在偏離1MHz以外的相位噪聲基本可維持在-140dBc/Hz以下，對(duì)于此-127.2dBc/Hz相對(duì)比較容易滿足。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶內(nèi)阻塞——(4)通道非線性噪聲與鄰道選擇性不同，有用信號(hào)位于帶內(nèi)阻塞信號(hào)的隔道上，則由帶內(nèi)阻塞引起的通道非線性噪聲主要通過五階互調(diào)截點(diǎn)(IIP5)來近似度量，IIP5與IIP3定義類似，主要由五階互調(diào)分量IM5決定，且有由非線性引起的干擾噪聲需控制在-105.9dBm以內(nèi)，結(jié)合-43dBm的干擾信號(hào)功率，計(jì)算得到接收通道的IIP5應(yīng)大于-43dBm。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶內(nèi)阻塞——(5)數(shù)字濾波器抑制殘余噪聲數(shù)字濾波器抑制殘余噪聲需控制在-107.7dBm以內(nèi)，則要求沒有信道選擇濾波器架構(gòu)的數(shù)字濾波器提供至少-43-(-107.7)=64.7dB鄰道抑制比，像RRC這樣的數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)此指標(biāo)相對(duì)容易。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶外阻塞根據(jù)前面需求分析，帶外阻塞指標(biāo)主要基于bandn3頻段(UL:1710~1785MHz,DL:1805~1880MHz)超外差式架構(gòu)進(jìn)行分解。結(jié)合器件選型和成本控制等條件，接收變頻結(jié)構(gòu)如下圖所示，采用1次混頻，本振頻率為1470MHz，接收中頻頻率為240~315MHz，ADC采樣率為368.64Msps，滿足65MHz帶寬帶通采樣要求?；綽andn3頻段接收機(jī)變頻結(jié)構(gòu)由于協(xié)議規(guī)定的帶外阻塞為單音干擾信號(hào)，而測(cè)試的有用信號(hào)為寬帶信號(hào)，單音信號(hào)落到寬帶信號(hào)中，擊中RB，導(dǎo)致接收誤碼。此處仍以5MHz帶寬、15kHz子載波為例，5MHz帶寬包含25個(gè)RB，每個(gè)RB180kHz。參考帶內(nèi)阻塞需求分析，同樣預(yù)留3dB設(shè)計(jì)余量，系統(tǒng)按照≤-97.7dBm/5MHz內(nèi)控指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即-112dBm/180kHz。干擾信號(hào)功率為-15dBm，對(duì)于混到有用信號(hào)頻帶內(nèi)的情況，總的抑制度≥97dB。下面重點(diǎn)分析濾波器抑制度、鏡像干擾、混頻器M×N雜散響應(yīng)、射頻混疊干擾、收發(fā)隔離帶來的影響。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶外阻塞——(1)濾波器抑制度為了防止LNA飽和，前端雙工器需要將帶外干擾進(jìn)行抑制。一般來說，需要將帶外阻塞干擾電平至少抑制到帶內(nèi)阻塞干擾電平，即大約提供30dB以上的抑制度。另外，對(duì)于共址帶外阻塞干擾，需要大約提供60dB以上的抑制度。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶外阻塞——(2)鏡像干擾根據(jù)射頻、中頻頻段和本振頻率，計(jì)算出鏡像干擾頻段。參考上述帶外阻塞干擾混頻擊中有用頻段的分析，鏡像干擾需要考慮擊中單個(gè)RB的情況，即需要提供97dB以上的抑制度。接收鏈路上，雙工器、兩級(jí)SAW濾波器、帶選頻網(wǎng)絡(luò)的放大器對(duì)鏡像干擾頻段分別可提供43、40、15dB，合計(jì)98dB的抑制度，僅有1dB設(shè)計(jì)余量，存在風(fēng)險(xiǎn)。在器件選型中，應(yīng)兼容考慮對(duì)鏡像干擾頻段抑制度更高的雙工器和SAW濾波器。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶外阻塞——(3)混頻器M×N雜散響應(yīng)參考上述帶外阻塞干擾混頻擊中有用頻段的分析，混頻器M×N雜散也需要考慮擊中單個(gè)RB的情況，即需要提供97dB以上的抑制度?；祛l器M×N雜散主要為混疊雜散直接落入帶內(nèi)和落入ADC混疊區(qū)兩種情況：

(2)對(duì)于落入ADC混疊區(qū)的情況接收中頻頻率=240~315MHz，ADC采樣率=368.64Msps，需考慮的低階混疊區(qū)包括低端混疊區(qū)(53.64~128.64MHz)和高端混疊區(qū)(422.28~497.28MHz)，重點(diǎn)分析-1×N(N≤5)階情況。通過7階帶通LC濾波器實(shí)現(xiàn)抗混疊濾波，在低端混疊區(qū)和高端混疊區(qū)分別可提供40dB和38dB以上的抑制度，級(jí)聯(lián)抑制度均滿足97dB以上的需求，且余量充足。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶外阻塞——(4)射頻混疊干擾射頻混頻干擾主要考慮通道混疊和鏡像混疊兩個(gè)方面。射頻混疊干擾落入ADC混疊區(qū)情況預(yù)算4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶外阻塞——(4)射頻混疊干擾鏡像混疊低端混疊區(qū)為972.72~1047.72MHz，高端混疊區(qū)為1341.36~1416.36MHz，預(yù)算的整體抑制度分別為131和116dB，遠(yuǎn)大于97dB，滿足設(shè)計(jì)需求。通道混疊低端混疊區(qū)為1523.64~1598.64MHz，高端混疊區(qū)為1892.28~1967.28MHz，預(yù)算的整體抑制度分別為113和123dB，遠(yuǎn)大于97dB，滿足設(shè)計(jì)需求。假設(shè)此處還需要進(jìn)一步考慮靠近bandn3FDD頻段旁邊的n39(1880~1920MHz)TDD共址混疊干擾：1892.28~1920MHz剛好落入高端混疊區(qū)，阻塞電平按照16dBmCW信號(hào)分析，需要提供至少16-(-112)=128dB抑制，通過雙工器在該頻段的優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高抑制度，整體滿足設(shè)計(jì)需求。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶外阻塞——(5)收發(fā)隔離對(duì)于FDD雙工系統(tǒng)，發(fā)射頻帶屬于接收頻帶的帶外，會(huì)對(duì)接收信號(hào)產(chǎn)生干擾，主要考慮2個(gè)因素的影響：發(fā)射泄露到接收前端的殘余信號(hào)導(dǎo)致接收前端飽和為降低接收LNA的非線性失真，防止接收LNA飽和，發(fā)射泄露到接收前端的殘余信號(hào)功率至少需要在接收LNAOP1dB點(diǎn)回退10dB以上。例如：所選用接收LNA的OP1dB為20dBm，增益Gain為20dB，則要求接收LNA的輸入功率低于-10dBm。如果發(fā)射最大功率為100W(50dBm)，則要求雙工器的發(fā)射到接收隔離度控制在60dB以上。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶外阻塞——(5)收發(fā)隔離對(duì)于FDD雙工系統(tǒng)，發(fā)射頻帶屬于接收頻帶的帶外，會(huì)對(duì)接收信號(hào)產(chǎn)生干擾，主要考慮2個(gè)因素的影響：發(fā)射泄露到接收前端的殘余信號(hào)與阻塞信號(hào)互調(diào)干擾發(fā)射泄露到接收前端的殘余信號(hào)與帶外阻塞信號(hào)的互調(diào)產(chǎn)物有可能擊中接收頻段信號(hào)，下行發(fā)射頻段工作在1805~1825MHz，上行接收頻段工作在1710~1730MHz，帶外阻塞干擾頻率為1767.5MHz，下行發(fā)射信號(hào)與帶外阻塞信號(hào)的互調(diào)產(chǎn)物剛好完全擊中上行接收頻段。基站bandn3頻段接收機(jī)發(fā)射殘余信號(hào)與阻塞信號(hào)互調(diào)干擾示意4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解帶外阻塞——(5)收發(fā)隔離對(duì)于FDD雙工系統(tǒng)，發(fā)射頻帶屬于接收頻帶的帶外，會(huì)對(duì)接收信號(hào)產(chǎn)生干擾，主要考慮2個(gè)因素的影響：發(fā)射泄露到接收前端的殘余信號(hào)與阻塞信號(hào)互調(diào)干擾在設(shè)計(jì)過程中，需主要保證接收LNA互調(diào)產(chǎn)物滿足阻塞靈敏度要求，即≤-112dBm/180kHz(按照單RB進(jìn)行預(yù)算)。按照前面第(1)個(gè)因素分析結(jié)果，為保證發(fā)射泄露到接收前端的殘余信號(hào)不會(huì)導(dǎo)致接收前端飽和，則要求發(fā)射泄露到接收LNA前端的功率小于-10dBm。前端雙工器為帶外阻塞干擾信號(hào)提供至少30dB抑制度，使到達(dá)接收LNA前端的帶外阻塞干擾功率小于-45dBm(大約等于帶內(nèi)阻塞電平)。假定所選用接收LNA的OIP3為30dBm，增益Gain為20dB，則要求LNA輸出的互調(diào)產(chǎn)物小于-92dBm/180kHz。左頻點(diǎn)功率P1=-45dBm與右頻點(diǎn)功率P2=-10dBm進(jìn)行互調(diào)，落到左側(cè)的互調(diào)產(chǎn)物功率為帶入?yún)?shù)計(jì)算落到左側(cè)的互調(diào)產(chǎn)物功率為-125dBm遠(yuǎn)小于-92dBm，滿足設(shè)計(jì)要求。4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解設(shè)計(jì)總結(jié)帶內(nèi)阻塞設(shè)計(jì)分解總結(jié)4.4阻塞特性4.4.3設(shè)計(jì)分解設(shè)計(jì)總結(jié)帶外阻塞設(shè)計(jì)分解總結(jié)4.5互調(diào)特性兩個(gè)射頻干擾信號(hào)的三階互調(diào)或高階互調(diào)產(chǎn)物，可能會(huì)落入有用信號(hào)帶寬內(nèi)，形成干擾。互調(diào)靈敏度是評(píng)價(jià)接收機(jī)在存在與有用信號(hào)有一定關(guān)系的兩個(gè)干擾信號(hào)情況下，接收有用信號(hào)的能力。在接收機(jī)設(shè)計(jì)過程中，往往使用互調(diào)靈敏度指標(biāo)來衡量接收機(jī)的線性性能。4.5.1指標(biāo)定義互調(diào)特性指標(biāo)定義示例與鄰道選擇性類似，互調(diào)干擾信號(hào)與有用信號(hào)頻帶間距也有兩種定義：基站，頻帶間距是以有用信號(hào)上下邊緣頻點(diǎn)來定義的，即圖中的fOffset1和fOffset2。終端，頻帶間距是以有用信號(hào)中心頻點(diǎn)來定義的，即圖中的BWS/2+fOffset1和BWS/2+fOffset2。4.5互調(diào)特性對(duì)比5GNR基站協(xié)議(3GPP38.104)和終端協(xié)議(3GPP38.101)，二者指標(biāo)相對(duì)比較接近，此處仍以基站協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。4.5.2需求分析基站互調(diào)指標(biāo)需求基站互調(diào)指標(biāo)典型干擾信號(hào)參數(shù)4.5互調(diào)特性

4.5.2需求分析參考鄰道選擇性需求，互調(diào)特性指標(biāo)有如下分析：靜態(tài)靈敏度-101.7dBm，則帶內(nèi)有用信號(hào)功率互調(diào)靈敏度-95.7dBmQPSK下解調(diào)門限為-1dB，預(yù)留3dB設(shè)計(jì)余量，系統(tǒng)按照≤-97.7dBm/5MHz內(nèi)控指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。與鄰道選擇性類似，互調(diào)干擾引起的噪聲主要包括接收機(jī)熱噪聲、本振倒異混頻噪聲、非線性互調(diào)產(chǎn)物、數(shù)字濾波器抑制殘余噪聲。互調(diào)干擾噪聲貢獻(xiàn)項(xiàng)4.5互調(diào)特性下面分別對(duì)接收機(jī)熱噪聲、非線性互調(diào)產(chǎn)物、數(shù)字濾波器抑制殘余噪聲、本振倒異混頻噪聲進(jìn)行分析。4.5.3設(shè)計(jì)分解接收機(jī)熱噪聲互調(diào)干擾信號(hào)可能落入整個(gè)接收工作帶寬(大于5MHz)內(nèi)，則中頻信道選擇濾波器對(duì)其抑制度可忽略。接收機(jī)熱噪聲需控制在-104.7dBm以內(nèi)，而在-49dBm(兩個(gè)-52dBm信號(hào)疊加)帶內(nèi)信號(hào)輸入情況下，AGC還未起控，通道增益基本不變，通道NF與靜態(tài)時(shí)基本一致。小于NF設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足設(shè)計(jì)需求。由于AGC未起控，為保證ADC輸入不削頂，應(yīng)限制接收機(jī)的通道增益。ADC輸入口最大信號(hào)不要超過-13dBFS，假定ADC滿刻度電平在4dBm左右，則接收通道的鏈路增益應(yīng)滿足對(duì)比靜態(tài)靈敏度對(duì)通道增益>34.3dB的需求，此處滿足需求。4.5互調(diào)特性4.5.3設(shè)計(jì)分解本振倒異混頻噪聲由于互調(diào)干擾包括CW和調(diào)制寬帶兩類信號(hào)，本振倒異混頻噪聲按理應(yīng)拆分成兩段進(jìn)行分析，但由于此兩類干擾信號(hào)偏離有用信號(hào)中心頻點(diǎn)較遠(yuǎn)，且兩類干擾信號(hào)的功率相等，因此可假設(shè)兩類干擾信號(hào)處的本振相位噪聲基本一致，且對(duì)本振倒異混頻噪聲的貢獻(xiàn)也一樣(均為-104.7dBm)。此處分析其中一種干擾信號(hào)即可。以偏離中心頻點(diǎn)±20MHz的寬帶干擾信號(hào)為例，倒異混頻噪聲為則偏離載波10MHz和17.5~22.5MHz區(qū)域內(nèi)的平均相位噪聲應(yīng)小于-119.2dBc/Hz。Sub6G頻段的基站本振在偏離1MHz以外的相位噪聲基本可維持在-140dBc/Hz以下，對(duì)于小于-119.2dBc/Hz的要求相對(duì)比較容易滿足。4.5互調(diào)特性4.5.3設(shè)計(jì)分解非線性互調(diào)產(chǎn)物非線性互調(diào)產(chǎn)物需控制在-100.7dBm以內(nèi)，三階互調(diào)分量IM3可表示為將帶入IM3≤-100.7dBm，計(jì)算得到接收通道IIP3≥-10.5dBm。結(jié)合通常設(shè)計(jì)的接收通道鏈路IIP3一般都可達(dá)到-10dBm以上，此處相對(duì)比較臨界。數(shù)字濾波器抑制殘余噪聲數(shù)字濾波器抑制殘余噪聲需控制在-107.7dBm以內(nèi)，則要求沒有信道選擇濾波器架構(gòu)的數(shù)字濾波器提供至少-43-(-107.7)=64.7dB鄰道抑制比，像RRC這樣的數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)此指標(biāo)相對(duì)容易。4.5互調(diào)特性4.5.3設(shè)計(jì)分解設(shè)計(jì)總結(jié)互調(diào)靈敏度設(shè)計(jì)分解總結(jié)4.6綜合設(shè)計(jì)傳統(tǒng)4T4R廣域基站類設(shè)備典型接收架構(gòu)整體架構(gòu)采用超外差架構(gòu)，F(xiàn)DD雙工模式，通過腔體雙工器實(shí)現(xiàn)收發(fā)共天線，鏈路中通過兩個(gè)射頻集成前端模塊(FEM)來簡(jiǎn)化接收鏈路結(jié)構(gòu)，縮小設(shè)備尺寸。信號(hào)經(jīng)過雙工器頻帶選擇后直接送入LNA，降低前端插入損耗；然后經(jīng)過兩級(jí)SAW帶通濾波器進(jìn)一步抑制帶外干擾信號(hào)，兩級(jí)濾波器之間設(shè)置有數(shù)控衰減器DSA和放大器，預(yù)留接收通道的射頻衰減(大信號(hào)干擾)，保證通道增益，以及降低第二級(jí)濾波器插入損耗對(duì)通道級(jí)聯(lián)NF的影響；濾波后的射頻信號(hào)送入混頻器，變換到中頻，進(jìn)入中頻VGA，與射頻DSA共同構(gòu)成接收AGC被控對(duì)象，保證接收通道動(dòng)態(tài)范圍；中頻信號(hào)經(jīng)過低通濾波和中頻VGA控制后，直接送入ADC采樣，沒有固定中頻的模擬信道選擇濾波器，依靠數(shù)字濾波器進(jìn)行信道選擇。另外，由于鏈路中兩個(gè)集成FEM都是雙通道的，需要注意FEM內(nèi)部?jī)赏ǖ篱g的隔離度指標(biāo)，減輕天線扇區(qū)間的干擾。4.6綜合設(shè)計(jì)傳統(tǒng)4T4R廣域基站類設(shè)備典型接收架構(gòu)靜態(tài)靈敏度信號(hào)經(jīng)過雙工器后以最短的PCB走線路徑送入LNA，盡可能減小前端無源插損，將其控制在2.8dB以內(nèi)；通過兩級(jí)放大，保證整體接收通道具有34.3dB以上的通道增益，并盡可能保證ADC底噪在-155dBFS/Hz以下，以降低ADC底噪對(duì)前端鏈路噪聲的抬升。鄰道選擇性主要考慮本振倒異混頻、非線性失真產(chǎn)物和數(shù)字濾波這3個(gè)影響因素。通道鏈路上的FEM2內(nèi)部集成了PLL，對(duì)本振特定頻偏上的相位噪聲進(jìn)行優(yōu)化，降低本振倒異混頻噪聲；提高整條接收鏈路的IIP3，保證鄰道產(chǎn)生的互調(diào)干擾遠(yuǎn)低于ACS靈敏度要求；數(shù)字濾波器進(jìn)行信道選擇，提供足夠抑制度，保證數(shù)字解調(diào)門限。4.6綜合設(shè)計(jì)傳統(tǒng)4T4R廣域基站類設(shè)備典型接收架構(gòu)阻塞特性包含帶內(nèi)阻塞和帶外阻塞兩種類型。對(duì)于帶內(nèi)阻塞，與鄰道選擇性類似，但需要額外注意帶內(nèi)阻塞會(huì)引起接收AGC起控，降低接收通道增益(先降中頻增益、再降射頻增益)，一定程度上惡化鏈路底噪。通過增大通道增益或提高AGC起控電平可以降低底噪抬升量，但較高的增益又會(huì)導(dǎo)致通道非線性產(chǎn)物和ADCSFDR指標(biāo)惡化。因此，需要在通道增益和非線性兩方面折中考慮。對(duì)于帶外阻塞，除了考慮濾波器對(duì)通用帶外干擾和特殊共址帶外干擾抑制外，還需要考慮超外差架構(gòu)的鏡像、射頻混疊，以