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作者：Heinz-Peter Beckemeyer, 德州儀器
直接上變頻是實現發射機架構的最經濟高效的解決方案，也是基站設計中最重要的規范。I/Q 調制器的載噪比是 WCDMA 技術中最關鍵的參數。TRF3702 I/Q 調制器在保持優異的 ACPR 性能的情況下，提供帶有容限的載噪性能。本文將詳細介紹單載波及多載波 WCDMA BTS 中，對模擬正交調制器載噪比的相關技術要求。
在發射機系統中采用直接上變頻架構，通常被視為降低系統成本的方法，因為它可以降低系統復雜程度與組件數。圖 1 為 WCDMA 直接上變頻架構的結構圖。與雙變頻發射機不同，直接上變頻無需中頻信號發生器、中頻合成器 (PLL/VCO)、中頻－射頻混頻器以及 SAW 濾波器。
圖 1：WCDMA 直接上變頻發射機的 TX 結構圖
WCDMA 技術中對 I/Q 調制器的主要性能要求是對載波偏移 50 MHz 及 60 MHz 下的 ACPR（鄰信道功率比）及噪聲性能的要求，其中對噪聲性能的要求最為嚴格。該噪聲性能需求由雜散發射的限制決定（不能超過此限制，請參見 6.6.3.1.2 [1] 章節）。
雜散發射限值
雜散發射限值決定了載波的最大偏移量。最重要的相關參數是偏移量為 50 MHz (-25 dBm) 及 60 MHz (-30 dBm) 時的雜散發射。此時的測量帶寬為 1 MHz。表 2 是偏移量為 60 MHZ 的實例。在此偏移量為 60 MHz 的例子中，單載波工作于最差的狀況（載波位于上限頻率 2167.5 MHz 或下限頻率 2112.5 MHz）。在此例中，偏移 60 MHz 的頻率（即 2172.5 MHz 及 2107.5 MHz）恰好處于 Tx 頻帶之外，此時，雙工濾波器不會產生任何衰減。
由于工作帶寬為 60 MHZ（2110 MHz 到 2170 MHz），所以直接上變頻架構也不考慮采用信道濾波器來減少載波中的噪聲底。I/Q 調制器本身需要提供足夠的噪聲性能。
圖< 2：偏移量為 60 MHZ 時的雜散發射
-30 dBm 表示絕對噪聲電平 (absolute noise level)，它決定了 I/Q 調制器的載噪比性能。表 1 中的計算結果為所需的載噪比性能。
表 1：雜散發射引起的鏈路預算及噪聲底
此分析中的輸出功率為 43 dBm。這是單 WCDMA 載波的 rms 功率（測量帶寬為 3.84 MHz）。雜散發射為 -30 dBm 時測量帶寬為 1 MHz。這相當于測量帶寬為 3.84 MHz 時，功率為 -24.16 dBm。考慮到噪聲底的系統容限為 6 dB，所以 PA 輸出端的噪聲底為 -30.16 dBm。這相當于載噪比為 -73.16 dBc/3.84 MHz 或 -139 dBc/Hz。這意味著，輸出功率為 -10 dBm 的I/Q 調制器輸出端的噪聲底不應超過 -149 dBm/Hz。
在多載波設計中，此噪聲性能不一定很難達到，原因是 60 MHz 的偏移量會迫使頻率在某個范圍內進行調節，雙工濾波器已經衰減了一定量的噪聲。而對偏移量為 50 MHz 下雜散發射的要求則嚴格很多，最大值為 -25 dBm（帶寬為 1 MHz）。對于偏移量為 60 MHz 時的雜散發射，可以寬松出 5 dB。在帶寬為 15 MHZ 的系統中，偏移量為 50 MHZ 的參數尤為重要，與單載波的情況一樣，偏移 50 MHZ 的頻率恰好是 2107.5 MHz 或 2172.5 MHz，此時雙工濾波器起不到降噪作用。
ACPR 要求
對于 WCDMA 中的 I/Q 調制器來說，ACPR 要求的重要性僅次于載噪參數。ACPR（鄰信道功率比）在 UMTS 標準中稱為 ACLR（相鄰信道泄露比），它是主信道與上下相鄰信道（5 MHz 偏移）以及相間信道（10 MHz 偏移）的功率比。UMTS 標準對于相間信道及相鄰信道的 ACLR 的要求分別是 45 dBc 和 50 dB。這些值取決于功率放大器的輸出，為避免降低 PA 性能，信號鏈中單獨的組件對這些值要求更高。對 I/Q 調制器來說，一般的性能要求是低于 60 dBc。
與 DAC5686 組合后的 TRF3702 的性能
TRF3702 [2] 與 DAC5686 [3]（16 位、500 MSPS 雙 DAC） 組合后進行了測試，組合中使用被動端口，以說明其在 ACPR 與噪聲方面的性能。圖 3 中顯示了被動端口。為簡潔起見，省略了 DAC 的濾波部分。
圖 3：DAC5686 和 TRF3702 之間的被動端口
DAC5686 的輸出的誤差允許范圍是 AVDD – 0.5V 到 AVDD + 0.5V，很容易與 TRF3702 的普通模式輸入電壓 (3.7V) 建立連接。在偏移量為 50 MHz 與 60 MHz 的情況下，噪聲性能低于 -144 dBc/Hz，非常符合計算出的需要（包括 6 dB 的余量）（參見表 1）。TRF3702 I/Q 調制器的輸出功率在此配置中為 -8 dBm。在此條件下， ACPR的性能在 64 dBc 的范圍內。
圖 4：偏移量為 60 MHz 時，噪聲與 WCDMA 信道功率的關系
圖中顯示了偏移量為 60 MHz 時，噪聲與 TRF3702 輸出端信道功率的關系。當輸出功率在 -15 dBm 的范圍內，計算出的載噪比指標可以維持在較低水平，從而可擁有更佳的 ACPR。
當輸出功率較低時，TRF3702 的 ACPR 可超過 71 dBc。圖 1 為單載波 WCDMA 信號在某個輸出功率下的 ACPR 工作特性圖（ACPR 為 71.2 dBc，且載噪比仍處于限值范圍內）。
圖 5：當輸出功率為 –14 dBm 時， ACPR 最佳 。
結論
以上對 WCDMA 基站中直接上變頻模擬調制器的最大噪聲底的分析，表明 TRF3702 可以滿足噪聲要求，并帶有足夠的容限。噪聲底不應超過 -139 dBc/Hz（包括 6 dB 的容限）。TRF3702 通過被動端口與 DAC5686 連接后測量出的噪聲性能在 -143 dBc/Hz 范圍內。在輸出功率為較高的 -8 dBm 時，ACPR 為 64 dBc（滿足要求）。當輸出功率為較低的 -14 dBm 時，ACPR 可高達 71 dBc，仍滿足載噪比的要求 。
參考資料
[1] 3GPP TS 25.104 規范 6.3.0版本發布6
[2] TRF3702 產品說明書，http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/trf3702.html
[3] DAC5686 產品說明書，http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/dac5686.html