WCDMA BTS低成本直接上变频方案具最佳ACPR特性

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直接上变频是实现发射机架构的最经济高效的解决方案，也是基站设计中最重要的规范。I/Q调制器的载噪比是WCDMA技术中最关键的参数。TRF3702 I/Q调制器在保持优异的ACPR性能的情况下，提供带有容限的载噪性能。本文将详细介绍单载波及多载波WCDMA BTS中，对模拟正交调制器载噪比的相关技术要求。
在发射机系统中采用直接上变频架构，通常被视为降低系统成本的方法，因为它可以降低系统复杂程度与组件数。图1为WCDMA直接上变频架构的结构图。与双变频发射机不同，直接上变频无需中频信号发生器、中频合成器(PLL/VCO)、中频－射频混频器以及SAW滤波器。

WCDMA直接上变频架构的结构图
WCDMA技术中对I/Q调制器的主要性能要求是对载波偏移50MHz及60MHz下的ACPR(邻信道功率比)及噪声性能的要求，其中对噪声性能的要求最为严格。该噪声性能需求由杂散发射的限制决定(不能超过此限制，请参见6.6.3.1.2 [1]章节)。
杂散发射限值
杂散发射限值决定了载波的最大偏移量。最重要的相关参数是偏移量为50MHz(-25 dBm)及60MHz(-30 dBm)时的杂散发射。此时的测量带宽为1MHz。表2是偏移量为60MHz的实例。在此偏移量为60MHz的例子中，单载波工作于最差的状况(载波位于上限频率2167.5MHz或下限频率2112.5MHz)。在此例中，偏移60MHz的频率(即2172.5MHz及2107.5MHz)恰好处于Tx频带之外，此时，双工滤波器不会产生任何衰减。
由于工作带宽为60MHZ(2110MHz到2170MHz)，所以直接上变频架构也不考虑采用信道滤波器来减少载波中的噪声底。I/Q调制器本身需要提供足够的噪声性能。

偏移量为60MHZ时的杂散发散
-30 dBm表示绝对噪声电平(absolute noise level)，它决定了I/Q调制器的载噪比性能。表1中的计算结果为所需的载噪比性能。

杂散发散引起的链路预算及噪声比
此分析中的输出功率为43dBm。这是单WCDMA载波的rms功率(测量带宽为3.84MHz)。杂散发射为-30 dBm时测量带宽为1MHz。这相当于测量带宽为3.84MHz时，功率为-24.16 dBm。考虑到噪声底的系统容限为6 dB，所以PA输出端的噪声底为-30.16 dBm。这相当于载噪比为-73.16 dBc/3.84MHz或-139 dBc/Hz。这意味着，输出功率为-10 dBm的I/Q调制器输出端的噪声底不应超过-149 dBm/Hz。
在多载波设计中，此噪声性能不一定很难达到，原因是60MHz的偏移量会迫使频率在某个范围内进行调节，双工滤波器已经衰减了一定量的噪声。而对偏移量为50MHz下杂散发射的要求则严格很多，最大值为-25 dBm(带宽为1MHz)。对于偏移量为60MHz时的杂散发射，可以宽松出5 dB。在带宽为15MHZ的系统中，偏移量为50MHz的参数尤为重要，与单载波的情况一样，偏移50MHz的频率恰好是2107.5MHz或2172.5MHz，此时双工滤波器起不到降噪作用。
ACPR要求
对于WCDMA中的I/Q调制器来说，ACPR要求的重要性仅次于载噪参数。ACPR(邻信道功率比)在UMTS标准中称为ACLR(相邻信道泄露比)，它是主信道与上下相邻信道(5MHz偏移)以及相间信道(10MHz偏移)的功率比。UMTS标准对于相间信道及相邻信道的ACLR的要求分别是45 dBc和50 dB。这些值取决于功率放大器的输出，为避免降低PA性能，信号链中单独的组件对这些值要求更高。对I/Q调制器来说，一般的性能要求是低于60 dBc。
与DAC5686组合后的TRF3702的性能
TRF3702[2]与DAC5686[3](16位、500MSPS双DAC)组合后进行了测试，组合中使用被动端口，以说明其在ACPR与噪声方面的性能。图3中显示了被动端口。为简洁起见，省略了DAC的滤波部分。

DAC5686和TRF3702之间的被动端口
DAC5686的输出的误差允许范围是AVDD -0.5V到AVDD +0.5V，很容易与TRF3702的普通模式输入电压(3.7V)建立连接。在偏移量为50MHz与60MHz的情况下，噪声性能低于-144 dBc/Hz，非常符合计算出的需要(包括6dB的余量)(参见表1)。TRF3702 I/Q调制器的输出功率在此配置中为-8 dBm。在此条件下，ACPR的性能在64 dBc的范围内。

偏移量量为60MHz时，噪声与WCDMA信道功率的关系
图中显示了偏移量为60MHz时，噪声与TRF3702输出端信道功率的关系。当输出功率在-15 dBm的范围内，计算出的载噪比指标可以维持在较低水平，从而可拥有更佳的ACPR。
当输出功率较低时，TRF3702的ACPR可超过71 dBc。图1为单载波WCDMA信号在某个输出功率下的ACPR工作特性图(ACPR为71.2 dBc，且载噪比仍处于限值范围内)。

当输出功率为-14dBm时，ACPR最佳
结论
以上对WCDMA基站中直接上变频模拟调制器的最大噪声底的分析，表明TRF3702可以满足噪声要求，并带有足够的容限。噪声底不应超过-139 dBc/Hz(包括6 dB的容限)。TRF3702通过被动端口与DAC5686连接后测量出的噪声性能在-143 dBc/Hz范围内。在输出功率为较高的-8 dBm时，ACPR为64 dBc(满足要求)。当输出功率为较低的-14 dBm时，ACPR可高达71 dBc，仍满足载噪比的要求 。
供稿：德州仪器，Heinz-Peter Beckemeyer