集成式ZIF、RF至比特、LTE、广域接收机分析和测试结果 测试结果, 实验室, 无线电, 接收机, 滤波器

yuchengze

简介
本应用笔记参考了3GPP TS 36系列文件和ADI公司的多种数据手册、特性标定报告和实验室测试结果。本文重点关注基于集成式零中频(ZIF)、RF至比特、IC (AD9371)的多载波广域LTE接收机的性能分析和测试结果。

图1和图2显示了用于讨论的一般假定架构。图2详细显示了基于AD9371的通用无线接收机的结构框图。主要器件有双工器、模拟前端(AFE)、RF表面声波(SAW)滤波器和AD9371集成无线电IC。图3显示了用于测试系统性能的实验室设置。


图1.接收机一般架构



图2.无线电接收机功能框图



图3.硬件测试设置框图

接收机信号链主要器件概述

双工器

双工器或隔离器的主要功能是让发射能量不进入接收机，防止造成降敏或损害。双工器常常是接收机中成本较高的元件之一，而且其占总重量和体积的比例也相当大。对于频分双工(FDD)应用，没有什么双工器是完美的，总有一部分发射(Tx)宽带噪声会渗透到接收(Rx)频段中，成为噪声预算的一部分。如果能将较大比例的总噪声预算分配给发射泄漏，那么双工器就可能变得更小、成本更低且重量更轻。

在测试设置中，双工器用一个理想带通滤波器来模拟，其插入损耗为1 dB，计算折合到天线的功率时要考虑该损耗。

AFE

模拟前端(AFE)包括一个两级LNA，用来放大弱信号并使加性噪声最低，使得AD9371可以对信号进行数字化处理，并且贡献给无线电的噪声是合理的。

本文讨论并测试了两种不同AFE增益情况（20 dB和25.5 dB）下的系统整体性能。

表1.AFE主要规格




图4.AFE详细框图以及与AD9371的连接

SAW滤波器

RF滤波器有两个用途：一是消除尽可能多的带外能量，包括带外阻塞信号；二是进一步衰减宽带发射噪声和交调产物，否则接收机性能会下降。若可能，应使用差分输出SAW滤波器来匹配AD9371上的差分RF输入。另一种方法是使用RF巴伦。利用差分架构可实现更高的偶数阶性能指标，以及为本振(LO)、时钟、电源噪声和其他系统信号提供更高的共模抑制。

为实现最佳带外性能，建议在两个LNA级之间插入一个RF SAW滤波器，以改善整个接收链的带外线性度性能。这样便可降低双工器的带外抑制要求，对系统是有利的。

AD9371

AD9371是一款高集成度RF捷变收发器，提供双通道发送器和接收器、集成式频率合成器以及数字信号处理功能。AD9371具备多样化的高性能和低功耗组合，可满足3G/4G微至宏BTS设备的要求，并且能用于FDD和TDD应用。AD9371工作频率范围为300 MHz至6000 MHz，涵盖大部分特许执照和免执照蜂窝频段。AD9371包括完整的LO和时钟频率合成，2 (Rx)或4 (Tx)通道支持JESD204B兼容数字接口，通道速度最高可达6.144 Gbps。

AD9371 Rx的标定性能

下面几节中的分析基于表2所示的特性标定数据，可用于估计系统性能。

表2.AD9371 Rx的标定性能





图5.AD9371内部框图

预期Rx合规性
参考灵敏度
分析

图7显示了广域基站收发台(BTS)中LTE要求的参考灵敏度水平(RSL)。5 MHz载波带宽(BW)的广域BTS RSL相当于−168 dBm/Hz信号密度。

采用FRC A1-3参考测量通道和MCS-4调制编码方案，预期吞吐率为95%，信噪比(SNR)约为−1 dB，具体数值取决于链路条件和特定IP方案的能力。为满足技术规格的RSL要求，可能的最高总系统噪声系数为7 dB (−168 dBm/Hz − (−1 dB) − (−174 dBm/Hz) = 7dB)。所有基站供应商都希望实现优于3GPP要求的RSL；因此，典型系统噪声系数为2 dB至3 dB，其允许实现5 dB至4 dB的裕量。

图8所示为典型的简化框图。在AD9371频段中心，它提供1.8 dB的折合到天线的总系统噪声系数，典型情况下频段边缘的噪声系数为2.0 dB，最差情况下频段边缘的噪声系数为2.5 dB。这样，当设计目标是2.5 dB典型噪声系数和3 dB最差噪声系数时，留给其他因素的裕量约为0.5 dB。

在FDD系统中，Rx噪声由接收机噪声系数和泄漏至Rx频段的Tx辐射决定。Tx辐射可以是噪声、失真或兼而有之，具体取决于工作频段的Tx到Rx频率分隔和信号带宽。发射机辐射水平取决于Tx功率、发射机的线性度和噪声，以及双工器的Tx端口到天线端口到Rx端口抑制。

在中高Tx功率应用中，数字预失真(DPD)是必要的，要求发射机具有宽合成带宽，这意味着在双工器之前不能对Tx噪声进行很大的滤波。例如，对于基于AD9371的发射机，假设倒退12 dB，AD9371输出端的带内噪声为−151 dBm/Hz，输出功率为−5 dBm rms。如果天线的输出功率为4载波46 dBm（每载波10 W），则总增益为51 dB，功率放大器(PA)输出噪声为−99 dBm/Hz。

邻道泄漏比(ACLR)为60 dB时，对于4载波天线输出的46 dBm总发射功率，落入Rx频段的PA失真为−87 dBm/Hz。加上AD9371 Tx热噪声，3 MHz BW LTE的Rx频段中的总Tx噪声加失真功率密度为−86.7 dBm/Hz，这远远超过−174 dBm/Hz噪底，因此必须由双工器抑制该噪声。