TD-SCDMA的3GPP UE规范规定UE和BS之间的未调制频率误差不得超过±0.1ppm。提供了此规范的真实解释。认识到影响UE的唯一因素是系统AWGN和Tx/Rx相位噪声,因此提供了基于这两个因素叠加的统计分析,以设置UE收发器相位噪声的限制。结果表明,Maxim TD-SCDMA v2.0参考设计符合该相位噪声规格(带裕量)。
范围
根据TD-SCDMA标准,一个规范是,与从BS接收的载波频率相比,UE调制载波频率在一个时间段内应精确到±0.1ppm以内。本文将详细介绍影响此规范的因素。通过仿真,我们知道增加的白噪声对该规格的影响有多大,因此我们可以推断出手机/用户设备(UE)Rx和Tx PLL相位噪声的最低要求。
TD-SCDMA UE的标准
关于UE频率稳定性规范,3GPP TS 34.122 V4.7.0给出了以下说明:
定义和适用性
频率稳定性是来自UE的RF传输和来自BS的RF传输之间的调制载波频率之差。UE 应使用相同的频率源进行射频频率生成和芯片时钟。
最低要求
与从BS接收到的信号相比,在一个时隙内观察到的UE频率稳定性应在±0.1ppm以内。
测试方法
1.28Mcps TDD 选项
将 SS 连接到 UE 天线连接器,如图 1 所示。
使用表 1 中指定的参数根据通用呼叫设置过程设置呼叫。
将 UE 进入环回测试模式并启动环回测试。
参数 | 值/说明 |
SS 级(伊奥) | -108dBm/1.28MHz (基准灵敏度) |
UL 参考测量通道 | 12.2kbps 根据附件 C.2.1.2 |
数据内容 | 现实生活(足够不规则) |
程序
根据附录B测量TS上的频率误差增量f。
对 1 个突发(时隙)重复步骤 200。
测试要求
对于所有测量的突发(时隙),程序条款中得出的频率误差不得超过±(0.1ppm + 10Hz)。
图1.测试配置。
如何解释标准
从上面的描述中,我们可以看到它强调了两个测试条件:1)信号功率为-108dBm/1.28MHz(参考灵敏度功率电平);2)测试周期为一个时隙(TD-SCDMA为675μS)。这两个条件将影响UE基带估计接收信号的载波频率。UE无线电中只有两个因素会影响此规格:增加的高斯白噪声(AWGN)和PLL相位噪声的影响。请参见下面的图 2。
图2.分析模型。
众所周知,AWGN和LO相位噪声都是随机过程,它们并不相关。为了便于分析,我们将通过叠加来解决这个问题;我们将分别计算这些影响,并在最后添加它们的影响。
AWGN的影响
AWGN会降低基带估计载波频率的能力,并导致传输信号的载波频率误差。这里我们假设估计误差等于发射信号频率的误差,AWGN是一个随机过程,估计误差也服从高斯分布。
根据TR25.945的建议,这里我们采用9dB噪声系数作为接收路径,然后AWGN的功率密度等于kB*T*NF(噪声系数取为线性比率,而不是dB)。我们得到下面的模拟结果:
图3.频率估计误差的概率分布。
请注意,上图的红色部分是仿真结果,蓝色曲线是正态分布曲线,μ = 0,σ = 46.7Hz。
通过进一步的模拟,我们得到以下结果:
使用这个等式,我们得到σ = 45.6Hz,它非常接近仿真结果。注意Ps等于-108dBm,Ts = 675μS。
相位噪声的影响
对于这部分分析,我们假设AWGN等于零。我们知道相位噪声的定时差分是瞬时频率误差,而正常频率误差是该瞬时频率误差在指定时间段内的平均值。当UE基带估计接收信号的载波频率时,该平均频率误差将等于估计的频率误差,发射路径LO将导致额外的频率误差,则总频率误差为Rx和Tx平均频率误差之和。
假设相位噪声是平滑的高斯过程,μ = 0,功率谱密度等于GΘ(ƒ),则瞬时频率也是一个平滑的高斯过程,μ = 0,功率谱密度等于ƒ²GΘ(ƒ),一个时隙内平均频率误差的标准误差由公式2给出,概率分布为标准正态分布。
图4.MAX2392相位噪声
以上相位噪声曲线是Maxim TD-SCDMA v2.0接收路径的测试结果。该参考设计使用MAX2392零中频接收IC,集成了PLL和VCO。使用这个结果,我们得到σƒTsRx= 16.5赫兹。注意Ts = 675μS,积分频率范围为100Hz至1MHz。
对于Maxim TD-SCDMA v2.0传输路径,使用相同的方法,并得到σƒTsTx= 9.6Hz,结合 Tx 和 Rx,我们得到:
LO相位噪声的UE Tx/Rx要求
从上面的分析中,我们知道频率误差是一个随机过程;概率分布为标准正态分布。TD-SCDMA频段的中心频率约为2GHz,因此0.1ppm的频率误差约为200Hz。增加设计裕量,目标标准频率误差小于200Hz/3。
假设添加的白噪声的标准误差为σn,Tx和Rx Lo相位噪声的标准误差为:σƒTs,那么这里有一个限制如下:
考虑到σn= 46.7Hz,那么我们得到的限制σƒTs:
比较公式3和公式5,我们可以看到Maxim TD-SCDMA v2.0参考设计的相位噪声规格符合具有裕量的解释相位噪声曲线。
审核编辑:郭婷
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