NCDMA中的频谱反转以确保符合3GPP2

与许多其他蜂窝标准不同，3GPP2标准要求NCDMA在传输前和接收后在物理层执行频谱反转。随着当今射频（RF）收发器和基带处理器的大量选择，很容易想象如何遇到一组RF收发器和基带处理器，它们的发射和接收路径中的频谱不匹配。这种简单的疏忽将导致不符合3GPP2标准并无法解调。但是，有一些简单的技术可以帮助确定是否已对信号执行频谱反转。

介绍

本教程将帮助设计工程师管理频谱反演以符合 3GPP2 标准。对于系统集成商来说，重要的是要记住，与许多其他蜂窝标准不同，3GPP2标准要求NCDMA在传输之前和接收后在物理层（通常在射频（RF）IC内）执行频谱反转。随着当今RF收发器和基带处理器的大量选择，很容易想象如何找到一组RF收发器和基带处理器，其发射和接收路径中的频谱不匹配。这种简单的疏忽将导致不符合3GPP2标准并无法解调。但是，有一些简单的技术可以帮助确定是否已对信号执行频谱反转。本教程介绍了三种在没有内置频谱反转的RF收发器上执行频谱反转的技术。

如何检测频谱反转

在发射机中，确定频谱是否反转的最简单方法是将标称正频率的单音连续波（CW）与本振（LO）频率进行比较。如果RF CW输出频率大于LO频率（正偏移），则没有发生频谱反转。但如果LO频率大于RF输出频率，则频谱已经反转。

在接收路径中，如果正偏移RF输入频率产生的I输出领先Q输出90°，则RF解调器没有进行频谱反转。通常，RF解调器的调制格式遵循调制器。为了演示这些要点，让我们检查一下 WCDMA 系统的上行链路和下行链路路径，如 3GPP 标准 TS 25.213 中指定（图 1）。

图1.WCDMA I/Q调制和解调格式。请注意，Q通道乘以负相位LO，即-sin（ω瞧t），如红色所示。

变送器信号

为简单起见，假设发射器基带I和Q信号由下式表示：

Vm = ejωmt = cos（ωmt） + jsin（ωmt）

（请注意，这是基带上的正频率、复杂音调。

发射器I和Q LO由下式表示：

LOITX = cos（ωLOt） and LOQTX = -sin（ωLOt）

现在注意Q LO的负极性：

VTX = cos（ωmt）cos（ωLOt） - sin（ωmt）sin（ωLOt）

VTX = 1/2cos（（ωm - ωLO）t） + 1/2cos（（ωm + ωLO）t） - 1/2cos（（ωm - ωLO）t） + 1/2cos（（ωm + ωLO）t）

VTX = cos（（ωm + ωLO）t）

如上式所示，正调制基带信号与负相位LO频率相结合，产生高于LO频率的RF输出频率。结果是没有频谱反转。

接收信号

在接收端，假设相同的发射RF信号以与发射器相同的LO格式接收和解调：

VRX = cos（ωRXt），其中 ωRX = ωm + ωLO

VLO = e-jωLOt = cos（ωLOt） - jsin（ωLOt）

VBB = cos（ωRXt）cos（ωLOt） - jcos（ωRXt）sin（ωLOt）

在乘除项并应用低通滤波以删除较高频率后：

VBBI = 1/2cos（（ωRX - ωLO）t） 和 VBBQ = 1/2sin（（ωRX - ωLO）t）

用ωm + ωLO代替ωRX，I和Q基带输出与TX基带输入的I和Q相同：

Im = cos（ωmt） 和 Qm = sin（ωmt）

执行频谱反演

现在我们已经清楚地了解如何检测频谱反转，我们将注意力转向有目的地实现它的可用方法。如前所述，3GPP2标准要求NCDMA的信号频谱在传输之前和接收后反转。以下是可用于频谱反演的三种简单方法。

方法 1

通过采用正相位LO进行频谱反转。这是 3GPP2 标准推荐的调制格式（图 2）。

图2.NCDMA I/Q 调制格式。注意Q通道如何乘以具有正相位的LO，即sin（ωmt），以红色突出显示。

Im = cos（ωmt） 和 Qm = sin（ωmt）

LOITX = cos（ωLOt） and LOQTX = sin（ωLOt）

VTX = cos（ωmt）cos（ωLOt） + sin（ωmt）sin（ωLOt）

VTX = 1/2cos（（ωm - ωLO）t） + 1/2cos（（ωm + ωLO）t） + 1/2cos（（ωm - ωLO）t） - 1/2cos（（ωm + ωLO）t）

VTX = cos（（ωm - ωLO）t）

如图所示，RF输出频率低于LO频率。因此，频谱已被反转。

方法 2

通过反转Q基带信号的极性进行频谱反转。

Im = cos（ωmt） 和 Qm = -sin（ωmt）

LOITX = cos（ωLOt） and LOQTX = -sin（ωLOt）

VTX = cos（ωmt）cos（ωLOt） + sin（ωmt）sin（ωLOt）

VTX = cos（（ωm - ωLO）t）

方法 3

通过交换I和Q发射基带信号进行频谱反转。

Im = sin（ωmt） 和 Qm = cos（ωmt）

LOITX = cos（ωLOt） and LOQTX = -sin（ωLOt）

VTX = sin（ωmt）cos（ωLOt） - cos（ωmt）sin（ωLOt）

VTX = 1/2sin（（ωm + ωLO）t） + 1/2sin（（ωm - ωLO）t） - 1/2sin（（ωm + ωLO）t） + 1/2sin（（ωm - ωLO）t）

VTX = sin（（ωm - ωLO）t）

结论

方法1是3GPP2标准推荐的执行频谱反演的方法。但是，如上所示，其他方法可以达到相同的结果，并且仍然符合规范。对于MAX2553 WCDMA收发器衍生器件的所有情况，基带输入和输出引脚均被标记，以便收发器中、发送器路径和接收器路径中均不发生频谱反转。为了符合3GPP2标准，应该意识到这一点，并应用上述方法之一来反转发射频谱。对于接收路径，在大多数情况下也需要相应的反转，除非基带已经编程为接受反相频谱信号。

审核编辑：郭婷