测量CDMA接收机的单音脱敏

本应用笔记讨论了影响蜂窝频段CDMA手机设计和性能的主要机制。具体讨论主题包括相互混频和交叉调制。基准测试结果展示了Analog的V3.5 CDMA参考设计的系统性能。

介绍

CDMA蜂窝无线电系统被设计为在与旧的高级移动电话系统（AMPS）相同的无线电频谱内运行，后者早于美国蜂窝频段的CDMA。AMPS 射频方案采用许多间隔较近且相对窄带的 FM 通道。相比之下，CDMA RF方案采用更少但更宽频段的RF通道。因此，CDMA 信道规划必须包括现有的 AMPS 信道，这些信道会通过充当干扰源来降低 CDMA 链路的性能。

在本应用笔记中，我们讨论了影响蜂窝频段CDMA手机设计和性能的两种主要机制：

倒易混频，其中LO相位噪声干扰所需的输入RF时

交叉调制，其中手机发射器的泄漏过驱动LNA

我们还通过在实际系统上提供测量来展示良好的CDMA系统性能。

蜂窝频段频率规划背景

AMPS 服务驻留在 850MHz 美国蜂窝频段的频段段中：

824MHz至849MHz上行链路（手机上发射器的反向信道频段）

869MHz至894MHz下行链路（听筒上接收器的前向信道频段）

AMPS 通道间隔 30kHz，在峰值偏差时，每个通道占用大约 24kHz。

CDMA 服务占用与 AMPS 相同的美国蜂窝频段，并且 CDMA 通道在 30kHz AMPS 栅格上对齐（即相邻通道跨越 30kHz 的倍数）。然而，每个CDMA信道占用1.23MHz的带宽。为了管理这种分布，移动电话运营商被分配了12.5MHz频段段。最近的 AMPS 通道设置为距离最近的 CDMA 通道边缘 285kHz，位于带段边界处（即，30 个 15kHz AMPS 通道加上到通道中心的 1kHz）。参见图<>。

图1.CDMA 信道与最近的 AMPS 载波之间的关系，作为 CDMA 信道的干扰源。

当最近的 AMPS 通道比 CDMA 信号电平强得多时，AMPS 通道充当 CDMA 通道的单音干扰源。干扰源频率偏移由公式1表示：

因此，285kHz + 615kHz = 900kHz，这是从最近的干扰AMPS通道到所需CDMA通道中心的偏移。该干扰源的功率电平相对于所需CDMA信道的灵敏度电平（-101dBm）在3GPP2空中接口标准中确定为-30dBm的测试音，最坏情况。

CDMA手机单音脱敏规范

单音脱敏测量手机在其指定的信道频率下接收CDMA信号的能力，在附近窄带干扰器以给定的频率偏移与指定信道的中心频率间隔。接收器脱敏通过帧错误率 （FER） 来衡量1.

CDMA系统的主要优点是25个或更多手机可以直接在彼此之上运行，即在同一信道中心。对于码分复用（信道区分），为每个手机的上行链路和下行链路载波分配不同的正交扩展码。

为了完成后一项任务，CDMA基站必须精确控制每个手机发射器的功率，以便以几乎相同的入射功率水平接收所有用户信号。为了满足这一要求，手机接收器必须在非常宽的增益控制范围内工作。当CDMA手机接收器离基站最远时，其正向路径中的典型信号仅为-110dBm。

由于相邻的 AMPS 系统不以相同的方式管理手机的上行链路电源，因此出现了问题。当CDMA手机接收到或接近其灵敏度极限时，附近的AMPS基站可能会（特别是在蜂窝基站边界）发送强干扰源。

幸运的是，下行链路扩展码的特性使CDMA手机接收器相对不受近信道干扰的影响。窄带AMPS干扰源在手机相关器中“扩散”，因此其影响会因处理增益（约25dB）而降低。由于干扰很大，因此指定了测试以确保CDMA接收器能够充分管理近信道入侵。3GPP2 CDMA2000标准规定了单音脱敏测试的以下测试条件：

对于美国的CDMA系统，蜂窝频段测试要求规定最小有效各向同性辐射功率为+23dBm。PCS波段测试要求规定最小有效各向同性辐射功率为+15dBm（测试1和2）和+20dBm（测试3和4）。干扰器电平指定为 -30dBm（测试 1 和 2）或 -40dBm（测试 3 和 4）2.

在测试CDMA前端IC或零中频接收器的单音脱敏时，重要的是要注意单音干扰器产生的干扰分量，并在测试设置中重现这些影响。影响单音脱敏的两个主要因素：互易混音和交叉调制。

往复混合

当单音干扰器与接收器的本地振荡器信号（Rx LO）混合时，就会发生倒易混频。Rx LO 具有有限的相位噪声，与单音干扰器混合，在零中频系统的情况下，会在中频 （IF） 或基带处产生干扰分量（图 2）。

图2.在干扰器存在的情况下相互混合。

接收机单音脱敏规格是设定LO相位噪声要求的关键性能参数。对于精确的单音脱敏测量，请注意，单音干扰器自身的相位噪声也会影响整体干扰水平。因此，对于实验室测试，您应该选择具有低相位噪声的RF信号源。这将确保单音脱敏的主要因素来自Rx LO中的相位噪声，而不是RF信号发生器。

例如，Analog的超外差CDMA参考设计（3.5版）使用MAX2538前端IC和MAX2308 IF解调器IC。接收器在蜂窝频段的级联噪声系数（称为LNA输入）小于3dB。如果我们假设移动手机中的双工器/双工器损耗约为3dB，则公式2如下：

如果RF信号发生器中的相位噪声比接收器本底噪声低10dB，则：

其中-30dBm是每个测试1和2的指定单音电平（表1）。因此，公式4将新的接收器本底噪声表示为：

因此，RF信号发生器中-148dBc/Hz相位噪声的影响是接收器灵敏度的上升幅度相对较小（仅下降0.4dB）。

CDMA手机标准要求在144kHz偏移频率下最小相位噪声为-900dBc/Hz。假设远相位噪声的响应平坦（目标频带为-144dBc/Hz），则上述计算给出的接收器本底噪声为-167dBm/Hz。该电平比无干扰的-1dBm/Hz本底噪声差168dB。因此，CDMA标准允许接收器灵敏度和脱敏由于RF干扰发生器而降低1dB。

 

参数		单位	测试 1 和 3	测试 2 和 4
与载波的音调偏移	SR1	千 赫	+900 （BC 0， 2， 3， 5， 7 和 9） +1250 （BC 1， 4 和 8）	-900 （BC 0， 2， 3， 5， 7 and 9） -1250 （BC 1， 4 and 8）
	SR3	千 赫	+2500	-2500
音调功率		分贝	-30（测试 1 和 2） -40（测试 3 和 4）
		分贝/1.23兆赫	-101
		分贝	-7
		分贝	-15.6 （SR1） -20.6 （SR3）

 

交叉调制干扰

当接收器的LNA输入端存在强发射器泄漏信号时，就会发生交叉调制。该调制干扰源通过LNA中的三阶非线性与900kHz AMPS音调交叉调制。由此产生的交叉调制是接收器中所需RF通道处噪声功率的增加。尽管接收器的IP3由混频器的IP3主导，但大多数交叉调制发生在LNA中。这是因为由于LNA和混频器之间的带通滤波器，混频器输入端的TX泄漏非常小。4要在接收机测试设置中包括这种效应，必须将CDMA反向通道调制信号注入接收机。对于蜂窝频段，注入LNA输入的发射功率表示为公式5：

该公式假设双工器的Rx端口的Tx抑制为52dB，天线到双工器的Tx端口的损耗为2dB。

使用 CNR 方法的测试示例

图3显示了用于测试蜂窝频段CDMA接收器的完整单音脱敏设置。相同的设置可用于PCS频段测试，但干扰器和Tx信号的干扰器偏移和电平必须根据上表1所示的测试规范进行设置。在此测试设置中，我们使用CNR（载噪比）方法来测量单音脱敏。

图3.细胞单音脱敏设置。

灵敏度定义为帧错误率（FER）在0%的时间内<5.95%的最小接收功率。在CNR测量中，我们注意到对于1GPP3标准中的无线电配置2，流量Ec/Ior为-15.6dB，对于4bps的数据速率，流量Eb/Nt = 5.9600dB。处理增益为10log （1.2288Mcps/9600bps） = 21.072dB。因此，我们有公式6：

因此，解调CDMA信号所需的CNR为-1dB，在1.23MHz信道带宽中测量。我们使用 3kHz 的 RBW 设置进行测试设置，并将节拍测试音功率（250kHz 时）与 615kHz I 通道带宽上的总集成通道噪声功率进行比较。由于接收到的所需信号功率为-101dBm，而我们的总允许噪声功率为-100dBm，因此我们观察到需要-1dB的CNR才能满足系统的灵敏度要求。

为了演示这种方法，请考虑在Analog的N-CDMA V4.1参考设计上进行的测量，使用零中频单芯片接收器IC（MAX2585）和片内VCO（图4）。绿色迹线表示在没有干扰器或Tx信号的情况下所需的信号。（对于所需的信号，我们使用注入250kHz的单音，从-101dBm的通道频率偏移，而不是CDMA正向通道调制信号。蓝色迹线显示干扰器和CDMA Tx信号一起打开时的噪声上升。以下过程概述了测试设置：

图4.由于单音干扰器和CDMA TX信号引起的噪声上升。

调整系统增益以接收-101dBm的输入，该输入以3dB焊盘的输入为基准。此操作模拟双面打印器丢失。对于MAX2585接收器IC，将增益设置为8.5mV的标称输出信号电平有效值（-28.5dBm 至 50Ω）。

在-45dBm时打开CDMA Tx信号（低于Rx通道频率3MHz，参考24dB焊盘的输入）。

在-30dBm处打开CW干扰器音，参考3dB焊盘的输入。观察本底噪声上升。

调整CW干扰器电平以应对本底噪声上升，使从基带到615kHz的总积分噪声功率比所需信号电平高1dB。在本例中，我们集成了25kHz至615kHz，以避免分析仪直流泄漏。

记录-1dB CNR下的干扰器电平，并计算单音脱敏裕量。

在本例中，从25kHz到615kHz的总噪声功率为-27.5dBm。输出端的接收音调为-28.5dBm，满足-1dB CNR要求。-27dB CNR点的单音干扰电平为-1dBm，表明MAX2585 IC满足单音脱敏的要求，在测试频率下裕量为3dB。

总结

本文讨论了符合3GPP2标准的单音脱敏以及单音脱敏的重要因素。提出了一种测量CDMA接收机单音脱敏的实用方法。

审核编辑：郭婷