wcdma手机关键技术指标
WCDMA手机关键射频指标分析
环球资源 第三届中国无线电技术研讨会及展览会
2000年8月3-4日 广州
2000年8月7-8日 上海
MAXIM 美国 美信集成产品公司 供稿
撰稿 王险峰 MAXIM中国区射频产品应用工程师
广州展会参展由MAXIM中国地区销售代理商英迈国际 中国 有限公司协助组织
广州展会研讨会主讲人 谭磊 MAXIM公司中国北区应用工程师经理
上海展会参展由MAXIM中国地区销售代理商庆成企业有限公司协助组织
上海展会研讨会主讲人 王险峰 MAXIM公司中国区射频产品应用工程师
内...
WCDMA手机关键射频指标
环球资源 第三届中国无线电技术研讨会及展览会
2000年8月3-4日 广州
2000年8月7-8日 上海
MAXIM 美国 美信集成产品公司 供稿
撰稿 王险峰 MAXIM中国区射频产品应用工程师
广州展会参展由MAXIM中国地区销售代理商英迈国际 中国 有限公司协助组织
广州展会研讨会主讲人 谭磊 MAXIM公司中国北区应用工程师经理
上海展会参展由MAXIM中国地区销售代理商庆成企业有限公司协助组织
上海展会研讨会主讲人 王险峰 MAXIM公司中国区射频产品应用工程师
内容提纲
• WCDMA手机关键射频指标分析
• WCDMA与GSM900双频双模手机射频单元
参考
WCDMA手机若干指标
• WCDMA手机发通道基本指标与
– 频段 1920MHz ~ 1980MHz
– 最大发射功率根据等级1 2 3 4 分别为33dBm 27dBm 24dBm 21dBm
– 最小可控输出功率应低于-50dBm
– 根据手机功率等级和最小输出功率可以确定发射通道的AGC动态 对于3类和4类
手机 AGC动态可考虑为80dB
– 邻道功率泄漏 33dB(邻道) 43dB(隔一信道) 针对3类和4类终端
– 杂散指标
– 输出频谱应符合频谱模板要求
– 误差矢量 EVM 应小于17.5%
– 峰值码域误差分量要求比平均功率低15dB
• 峰值系数
– 峰值系数是指信号的峰值功率与平均功率之比 通常用单位1减去累积分布来
示 即
CCDF 如下图为白噪声包络的峰值分布 横坐标表示超出平均功率多少dB 纵坐标表示大
于该峰值的概率 在此取了对数
– 下面两张幻灯片分别为WCDMA上行信号与下行信号的CCDF曲线 注上行信号在此包括6
个DPDCH和一个DPCCH 扩频码的选取使得峰值系数为平均水平 下行信号包括PERCH
SCCPCH 16个DPDCH 扩频码的选取同样使得峰值系数为平均水平
0 2 4 6 8 1 0
- 5
- 4
- 3
- 2
- 1
0
• 上行信号包络的CCDF分布
• 下行信号包络的CCDF分布
• 如何估算邻道泄漏——ACLR
– ACLR主要是一反映通道线性的一个指标 WCDMA协议3G TS
25.101 V3.2.2给出了其定义:Adjacent Channel Leakage power Ratio (ACLR) is
the ratio of the transmitted power to the power measured in an adjacent channel. Both the
transmitted power and the adjacent channel power are measured with a filter that has a
Root-Raised Cosine (RRC) filter response with roll-off α =0.22 and a bandwidth equal to
the chip rate
– 给据试验结果 邻道ACLR与通道输出IP3out有如下近似关系
ACLR(dBc)=2 (Pin-IP3in)-7
此经验公式是在单码道工作时得到的
– WCDMA要求ACLR 邻道 <-33dBc 根据上面的方程可以算出
输入信号功率只要低于输入IP3 10dB即可
– 注 一般器件的非线性根据IP3与1dB压缩点的差可以分为超线性
和一般器件 对于差值大于9.6dB的称为超线性器件 在利用上面
的公式估算时 如果器件是超线性 在此需要考虑一些余量
I
Q
S
M
E
Figure 1
S 1
640
i
Mi
. EVM 1
639
i
Mi S
2
.
• EVM指标的定义及意义
– WCDMA协议3G TS 25.101 V3.2.2给出了ACLR的定义 The Error Vector Magnitude is a
measure of the difference between the measured waveform and the theoretical modulated
waveform (the error vector). It is the square root of the ratio of the mean error vector power
to the mean reference signal power expressed as a %. The measurement interval is one power
control group (timeslot).
– 根据上面定义可以知道EVM是一个统计结果 在一个timeslot内共有2560的测试点
在每个象限内为640个测试点 这些点因通道中各种因素的影响将形成一个分布 如下
图所示
– 右图仅细画了第一象限 图中S为统计均值 M为
一实际测试点对应的矢量 E则表示误差分量 则
• 影响输出信号EVM指标的几个主要因素
– 输入I Q信号幅度不平衡
– 正交调制器移相误差 即I Q相位不平衡
– 载波泄漏
– 通道滤波器幅频特性失真
– 通道滤波器相频特性失真
– 本振相位噪声的影响
– 非线性产物的影响
– 所有这些因素的影响可近似认为是独立的 因而在分析计算时可分别考虑 假如单纯
有输入I Q信号幅度不平衡造成的EVM值记为EVM1 正交调制器移相误差造成的
EVM值记为EVM2 依次类推 我们可以得到EVM1~EVM7 则总的EVM值为
EVMtotal
1
7
i
EVMi
2
=
WCDMA手机若干指标
• WCDMA手机接收通道基本指标与要求
– 频段 2110MHz ~ 2170MHz
– 参考接收灵敏度 DPCH_Ec = -117dBm/3.84MHz
– 最大输入信号电平 DPCH_Ec=-44dBm, 此时接收总功率为-25dBm.
– 接收机通道AGC动态可考虑为80dB
– 邻道选择性(ACS)优于33dB 针对3类和4类终端
– 阻塞指标
– 杂散响应指标 -44dBm 干扰功率
– 抗双音阻塞指标 干扰分别为-46dBm 点频 偏离信号10MHz -46dBm 已调干扰 偏离信
号20MHz
– 杂散辐射辐射
-47dBm/100K-57dBm/100K-60dBm/3.84M杂散电平
1GHz~12.75GHz9KHz~1GHz接收频段内频段
WCDMA手机指标分析
• 估算接收机噪声系数
– 协议给出最小灵敏度电平为-117dBm/3.84MHz 在如此低电平时
系统的干扰可以认为来自两个方面 即输入热噪声和系统内部产
生的热噪声 噪声系数可有下面公式给出
– NF
0.5 (Pa +2 *Pl-Pm+2.2)
– 上式中 Pa是指邻道干扰功率 Pl为发射泄漏功率 Pm为交叉调制产物 2.2为修
正项 它与信号的统计特性有关 此处假定信号类似白噪声
WCDMA/GSM双频双模手机射频单元参考设计
• 该部分主要内容
– 为何要提出此种组合的双模手机
– 设计中的关键芯片
• MAX2360 单片覆盖整个发射通道
• MAX2321 双通道LNA加混频
• MAX2310 双通道收中频处理芯片
• MAX4473 GSM功放功率爬坡控制
– 参考设计的详细功能框图
WCDMA/GSM双频双模手机射频单元参考设计方案
• 为何要提出此种组合的双模手机
– 在第二代数字蜂窝系统中 GSM系统占有绝对
优势 单就中国 GSM用户数超过6千万 将
来第三代移动通信的发展必将考虑到现有的巨
大投资
– WCDMA与GSM系统在核心网上完全兼容
– 基于以上两点 可以预见该种组合的手机将具
有很大市场潜力
WCDMA/GSM双频双模手机射频单元参考设计方案
• 关键芯片 MAX2360
– 包含的功能模块 I/Q正交调制器
中频VGA SSB上变频器 射频
VAG 中频/射频锁相环 中频
VCO
– 特点 芯片有很多功能可通过编程
控制 如 SSB混频取哪个边带
中频与射频增益均衡 以提高线性
指标 中频有两个射频有三个 如
何选取 选用哪个中频VCO等
– 关键指标
• ACPR -54dBc@+7dBm输出时
• 100dB增益动态
• 2.7~5.5V供电电压
• 级联EVM值小于3%
WCDMA/GSM双频双模手机射频单元参考设计方案
• 关键芯片 MAX2321
– 包含的功能模块 两个低噪声放大器 三个混频器
一个倍频器 用于本振信号倍频
– 关键指标
• 2.7V~3.6V供电电压
• 低噪声放大器分三种模式 混频器分两种模式
• LNA指标
– 15dB Gain, 1.6dB NF@ PCS, 1.4dB NF
@Cellular, +7dBm IIP3_____HGHL Mode
– 0dB Gain, 5dB NF @PCS 4dB NF @Cellular,
+14 dBm IIP3 @PCS, +16dBm IIP3
@Cellular_____LGHL Mode
• Mixer 指标
– 11dB Gain, 11dBNF, 4dBm IIP3, 1dBm P1dBout,
@PCS band and HGHL/LG Mode
– 11dB Gain, 11dBNF, 2dBm IIP3, 0dBm P1dBout,
@PCS band and HGLL Mode
WCDMA/GSM双频双模手机射频单元参考设计方案
• 关键器件 MAX2310
• 包括的功能模块 VGA 正交解
调器 锁相环 2个VCO
• 特点 该器件的很多功能可通过
编程进行控制 如选择哪个VCO
工作 选择哪一个通道 FM采用
何种方式解调 本振是采用内部
锁相环还是外部注入等
• 关键指标
– VGA 增益动态超过110dB
– 中频频率范围 40 ~ 300MHz
– IP1dB –6.4dBm @-35dB Gain
CDMA Mode
– IP1dB –38.3dBm @+35dB Gain
CDMA Mode
•GSM+WCDMA 手机射频详细功能框图
FM
-
FM+
CDMA+
CDMA-
VGA
QOUT+
QOUT-
IOUT+
IOUT-
/20 90
CHARGE
PUMP
PHASE
DETECTOR
/R
/M
MAX2310
20
19
18
17
16
15
14
13
1
2
3
4
5
6
7
8
12
11
9
LNAINH
RLNA
LNAOUTL
LNAOUTH
GAIN
LIN
BAND
LNAINL
LOHIN
LOLIN
MIXINH
MIXINL
RBIAS
CDMA+
CDMA-
BUFFEN
VCC
FMOUT
LOLOUT
LOHOUT
x2
MAX2321
0
90
IF PPL
RF PPL
TANK H
TANK L
VCCVGC
VCC
VCC
VCC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
242322212019181716151413
373839404142434445464748
45 -45
/
2
/
2
0
90
0
90
IF PPL
RF PPL
TANK H
TANK L
VGC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
242322212019181716151413
373839404142434445464748
45 -45
/2
/2
0
90
CLK DI
Σ
Σ
CS
RBIAS
MAX2360
BIAS
MAX2470
GND
PC
0.1u
R
3R
A3
SHDN
A2
Q1
A1
SR1
SR2
SR3
RG3
OUT
VCC
RSENSE
RG1RG2
MAX4473
TANK
600MHz
TANK
400MHz
WCDMA
TX VCO
1620~1680MHz
WCDMA RxIF
SAW 150MHZ
GSM RxIF
SAW 200MHZ
WCDMA BPF
GSM BPF
WCDMA BPF
GSM BPF
G
SM
D
U
PL
EX
ER
W
C
M
A
D
U
PL
EX
ER
13MHz TCXO
RF PLL+VCO
1080~1160MHz
MA
X2
29
4
W
C
D
M
A
P
A
29
d
Bm
G
S
M
P
A
ICCPA=
Vpc.RG1
4 Rsense. RG3
GSM TxIF
SAW 200MHz
WCDMA Tx IF
SAW 300MHz
VGC
Fc
CLK
DI
RFEN
CLK
DI
IFEN
Ramp Control
CLK
DI
RxEN
Iin-
Iin+
Qin-
Qin+Gain
Control
WCDMA/GSM双频双模手机射频单元参考设计方案
• 参考设计的频率关系
– WCDMA的接收中频为150MHz
– WCDMA的发射中频为300MHz
– GSM收发中频均采用200MHz
– WCDMA发射频本振为1620~1680MHz
– WCDMA接收射频本振为2260~2320MHz
– GSM发射频本振为1080~1115MHz
– GSM收射频本振为1125~1160MHz
• 具体实现
– GSM收发中频本振共用 采用MAX2360自带锁相环
– WCDMA收发中频本振共用 采用MAX2360自带锁相环 MAX2360中频本振输出端分频后提
供给接收通道
– GSM射频本振共用 采用独立锁相环及高性能VCO
– WCDMA发射频本振 采用MAX2360提供的RF锁相环 外接VCO
– WCDMA接收射频本振与GSM射频本振共用 MAX2321芯片内有一个2倍频器 将输入的本振
信号倍频到所需频段
• 主要优缺点
– 本振多处共用 从而节约成本
– 频率关系简单 从而降低了内部组合干扰
– GSM收发采用相同中频 从而减少SAM的种类 从而节约成本
– WCDMA收中频较低 对半中频杂散响应不利 此处可以满足要求
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