射頻指標(biāo)通俗易懂的解釋
甲乙兩人在一起交談,乙說:“你沒有說清楚!”甲說:“你怎么聽不明白呢?”其實(shí)本來說是一回事,聽是另一回事;但說得特別清晰可以彌補(bǔ)聽力的不足,同樣,聽的能力特別強(qiáng),也可以降低對(duì)說話清晰度的要求。
那么怎樣衡量無線通信系統(tǒng)“說、聽”的能力呢?這里介紹一組收發(fā)相關(guān)的射頻指標(biāo)。
說,相當(dāng)于無線通信系統(tǒng)的“發(fā)射”,說話的時(shí)候盡量只對(duì)著與你交流的人講, 不要影響不相關(guān)的人,也就是說“不該說的盡量不說”;從發(fā)射的角度看,盡量發(fā)射信道帶寬范圍內(nèi)的信號(hào),不要發(fā)射到別的信道上或別的系統(tǒng)使用的頻段上,否則會(huì)干擾其他信號(hào)。
衡量發(fā)射機(jī)帶內(nèi)輻射能力、帶外抑制能力的主要指標(biāo)就是鄰道泄漏比和雜散輻射。
聽,相當(dāng)于無線通信系統(tǒng)的“接收”,聽話的時(shí)候盡量只聽與你交流的人說話,不要聽和你不相關(guān)的人講話,否則會(huì)分散你的注意力,影響你的聽話效果,也就是說“不該聽的盡量不聽”;從接收機(jī)的角度看,盡量接收信道帶寬范圍內(nèi)的信號(hào),不要接收其他頻率的信號(hào),否則會(huì)影響接收效果。
衡量接收機(jī)帶內(nèi)接收能力、帶外響應(yīng)抑制能力的主耍指標(biāo)就是接收靈敏度和雜散響應(yīng)。
01鄰道泄露比
【現(xiàn)象類比】讀小學(xué)時(shí),由于教室緊張,一年級(jí)和二年級(jí)在一個(gè)教室上課,由一個(gè)老師來教。一年級(jí)學(xué)生讀課文出錯(cuò),二年級(jí)的嘩然大笑(鄰道泄漏);
二年級(jí)的被老師批評(píng),一年級(jí)的就起哄(鄰道泄漏)。一、二年級(jí)互相影響得非常厲害。為了減少一、二年級(jí)的互相影響,老師在他們中間加了一個(gè) 隔板(增加了保護(hù)帶寬),這樣相互影響就降低了很多。但看不著,有時(shí)候卻能聽得著,最后老師索性把隔板換成隔墻(隔離度又增加了),這樣影響就降到了最低。
鄰道泄漏是用來衡量射頻器件對(duì)主工作頻率外的信道的影響特性,或稱帶外輻射特性,就像一年級(jí)學(xué)生的嘈雜聲可能會(huì)影響到二年級(jí)一樣。當(dāng)然這種影響越小越好。
鄰道泄漏比(ACLR)是泄漏在鄰逬的功率與主信道功率之比,通常用dBc表示,如圖2-19所示。
鄰道泄漏越小越好,鄰道泄漏比的絕對(duì)值就應(yīng)該越大越好。其值越大,表明主信道功率比池漏在鄰道的功率大得越多,說明對(duì)鄰道的影響越小。
WCDMA的要求是:笫一鄰道(偏離載頻±5MHz)的ACLR達(dá)到45dBc ;笫二鄰道(偏離載頻±10MHz)的ACLR達(dá)到50dBc。
02雜散輻射
【現(xiàn)象類比】我們的生活小區(qū)旁邊有一個(gè)工地,徹夜燈火明亮。安裝探照燈(工作帶寬范圍內(nèi)的輻射)的主要目的是為了便于巡查,從而避免工地的各種物資丟失??墒翘秸諢籼亮耍椛涞搅宋覀冃^(qū)(雜散輻射),影響了我們小區(qū)很多人的休息(雜散輻射必然帶來干擾)。
射頻發(fā)信機(jī)本應(yīng)該在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)發(fā)送無線信號(hào),即發(fā)射帶內(nèi)信號(hào)號(hào);正如探照燈應(yīng)該主要照射工地范圍一樣。由于射頻發(fā)信機(jī)的內(nèi)部元器件并非理想器件,存在或多或少的非線性,在發(fā)射無線信號(hào)的過程中,產(chǎn)生了很多非規(guī)定頻率范圍內(nèi)的信號(hào),即發(fā)生了雜散輻射,就像探照燈照到了旁邊的生活小區(qū)。
射頻發(fā)倍機(jī)發(fā)射了非自己頻率范圍的信號(hào),就可能對(duì)其他通信系統(tǒng)造成干擾,就像工地的探照燈影響了旁邊小區(qū)居民休息一樣。
雜散輻射可能是一些非線性元器件產(chǎn)牛的諧波分量、交調(diào)信號(hào)等。為了防止一個(gè)系統(tǒng)的雜散輻射對(duì)其他無線通信系統(tǒng)造成干擾,需要提高系統(tǒng)的電磁兼容性能。在協(xié)議中都會(huì)規(guī)定這個(gè)系統(tǒng)的不同帶外頻率范圍的最大雜散輻射水平,規(guī)定的形式一般都楚在一個(gè)頻率范圍內(nèi)單位帶寬最大允許的雜散輻射是多少dBm;
如協(xié)議上規(guī)定,WCDMA的發(fā)射機(jī)在150kHz?30MHz范圍內(nèi)每10kHz帶寬的雜散輻射不能超過-36dBm。
03底噪
系統(tǒng)底噪Pn,就是一個(gè)小區(qū)空閑時(shí)的噪聲功率。任何用電設(shè)備都存在噪聲,這個(gè)噪聲主要來源是熱噪聲,其大小和開氏溫度、帶寬、設(shè)備的噪聲系數(shù)有關(guān)。系統(tǒng)底噪的公式為:
Pn= 10lg(KTB) + NF = 10lg(KT) + 10lg(B) + NF = n0 + 10lg(B) + NF
其中:NF為接收機(jī)的噪盧系數(shù);K為波爾茲曼常數(shù);T為絕對(duì)溫度;B為信號(hào)帶寬。
前面講過,常溫下噪聲的功率譜密度n0是-174dBm/Hz,在WCDMA中帶寬是 3.84MHz,而在TD-SCDMA中帶寬B是1.28MHz。噪聲系數(shù)NF基站一般取5dB,手機(jī)取7dB。WCDMA和TD-SCDMA系統(tǒng)底噪?yún)⒖贾等绫?-1所示。
04接收靈敏度
【邏輯類比】豬八戒問孫悟空:“猴哥,我對(duì)高小姐那么好,卻怎么越來越難讓她高興了?”
孫悟空說:“你對(duì)她的好估計(jì)沒有達(dá)到她愛的接收靈敏度?!?/span>
豬八戒問:“什么叫愛的接收靈敏度?”
孫悟空說:“愛的接收靈敏度就是高小姐能夠感覺到高興的最小要求。”
豬八戒問:“這個(gè)靈敏度和什么有關(guān)系呢?”
孫悟空說:“和3個(gè)方面有關(guān)。第一:基本生活保障(熱噪聲,最起碼的要求),比如一天20元;
第二:環(huán)境系數(shù)(噪聲系數(shù)),就是高小姐周圍人的費(fèi)用高于基本生活保障的倍數(shù),比如說3倍;
第三:高小姐最小幸福感倍數(shù)(信噪比要求),即高小姐感覺幸福要求最少應(yīng)該比別人多得到的倍數(shù),比如說2倍。”
豬八戒悟道:“也就是說高小姐愛的接收靈敏度應(yīng)該這樣計(jì)算:
高小姐愛的月接收靈敏度=基本保障 / 天 x 天數(shù) x 環(huán)境系數(shù) x 高小姐幸福感系數(shù)=20 x 30 x 3 x 2=3600元。這是高小姐的最低要求。”
孫悟空道:“如果換成對(duì)數(shù)關(guān)系,即用dB表示,就可以變成相加的關(guān)系, 即10lg (高小姐愛的月接收靈敏度)=10lg (基本保障 /天 x 天數(shù))+10lg (環(huán)境系數(shù))+10lg (高小姐幸福感系數(shù))?!?/span>
接收靈敏度就是接收機(jī)能夠止確地把有用信號(hào)拿出來的最小信號(hào)接收功率。它和3個(gè)因素奮關(guān)系,即帶寬范圍內(nèi)的熱噪聲、系統(tǒng)的噪聲系數(shù)、系統(tǒng)把有用信號(hào)拿出所需要的最小信噪比。帶寬范圍內(nèi)的熱噪聲經(jīng)過接收機(jī),這些噪聲被放大了NF倍,要想把有用信號(hào)從噪聲中拿出來,就必須要求有用信號(hào)比噪聲再大SNR倍。即:
S = 10lg(KTB) + NF + SNR = Pn + SNR (2-3)
其中:S為接收靈敏度,單位是dBm ;
K為波爾茲曼常數(shù),單位J/K; T為絕對(duì)溫度,單位K;
KT就是在當(dāng)前溫度下每Hz的熱噪聲功率(類似高小姐每天的基本保障);
B表示信號(hào)帶寬,單位Hz (類似高小姐基本保障的計(jì)算周期為一個(gè)月);
KTB代表帶寬范圍內(nèi)的熱噪聲功率(類似高小姐一個(gè)月的基本保障);
NF表示系統(tǒng)的噪聲系數(shù),單位dB (類似環(huán)境系數(shù));
SNR表示解調(diào)所需信噪比,單位dB (類似高小姐的幸福感倍數(shù));
Pn表小系統(tǒng)底噪,單位dBm。
從式(2-3)可以看出,要想讓接收機(jī)“聽清楚”發(fā)射機(jī)“說的話”,信號(hào)電f強(qiáng)度一定要大于接收機(jī)的接收靈敏度S。當(dāng)然接收靈敏度S越小,說明接收機(jī)的接收性能越好, 就像狗能聽到人類聽不到的微小聲音,說明狗的聽覺比人的靈敏度尚;接收靈敏度越大, 說明接收機(jī)的接收性能越差,就像有的老人耳聾,你需要用很大的聲咅說話,他才能聽到。
環(huán)境溫度升靈敏度S就會(huì)變化,接收性能就會(huì)惡化,因此要盡最降低系統(tǒng)所在環(huán)境的溫度。
帶寬越大,系統(tǒng)的噪聲系數(shù)越大,靈敏度S就會(huì)越大,接收性能也會(huì)惡化,這就要求在設(shè)計(jì)接收機(jī)的時(shí)候,要考慮到系統(tǒng)的帶寬、噪聲系數(shù)對(duì)靈敏度S的影響。
解調(diào)所需的最小信噪比越小越好,這樣可以增加系統(tǒng)的接收性能。最小信噪比要求和移動(dòng)臺(tái)的速度、所處的無線環(huán)境及所耍求的通信質(zhì)量有關(guān),不同無線制式耍求不同, 同一無線線制式的不同業(yè)務(wù)也不相同。
05雜散響應(yīng)
【現(xiàn)象類比】道德法庭審判B先生:“你為什么背叛自己的妻子?”(對(duì)雜散信號(hào)做出響應(yīng))
B先生委屈地說:“外面的富婆太有顏有財(cái)了!我無力抗拒。” (雜散信號(hào)很強(qiáng))
道德法庭繼續(xù)批判:“社會(huì)誘惑那么多,你都無法抗拒么?”(難道你對(duì)雜散信號(hào)總要響應(yīng)么)
B先生仍然很委屈地說:“自從結(jié)婚后,我對(duì)妻子給我的一切越來越?jīng)]有感覺,接收靈敏度越來越差,沒有任何幸福感,反而對(duì)外面的美女比較感興趣?!?(確實(shí)存在雜散響應(yīng))
道德法庭總結(jié)道:“也就是說一方面是外面的誘惑太大(雜散信號(hào)強(qiáng)),另一方面是由于你本身的抗誘惑能力很差(存在雜散響應(yīng))?!?/span>
雜散響應(yīng)也稱寄生響應(yīng),就是在接收機(jī)中產(chǎn)生的,和接收到的有用信號(hào)頻率相近的、 系統(tǒng)無法濾除的干擾信號(hào)。無線環(huán)境中存在很多干擾信號(hào),人多數(shù)可以通過接收機(jī)的濾波器過濾掉,但有的接收機(jī)的抗雜散響應(yīng)能力差,系統(tǒng)的后級(jí)濾波器是無法濾掉接收機(jī)本身產(chǎn)生的雜散響應(yīng)的,就像B先生無法抵抗外面富婆的雜散誘惑,自己產(chǎn)生了雜散響應(yīng)一樣。
從系統(tǒng)接收的角度看,系統(tǒng)工作的頻率范圍內(nèi)沒有什么干擾,似由于環(huán)境的帶外干擾太大,且本身的抗雜散響應(yīng)能力弱,就會(huì)引起系統(tǒng)接收性能變差。
06什么是駐波、行波、行駐波?
【現(xiàn)象類比】什么叫行軍?行軍就是行動(dòng)的軍隊(duì)、不斷向前的軍隊(duì)(類似行波)。從行軍道路的任一處看,通過的部隊(duì)人數(shù)不為零。行動(dòng)的軍隊(duì)突然碰上了一條河,長官命令原地踏步。雖然每個(gè)戰(zhàn)士都在自己的位置上踏步。但是從道路的某一處看,沒有人通過。我們把不再前進(jìn)的軍隊(duì)稱為駐軍(類似駐波)。長官發(fā)現(xiàn)不遠(yuǎn)處有一個(gè)獨(dú)木橋,于是命令2個(gè)人原路返回向上級(jí)匯報(bào)地形,其他人走向獨(dú)木橋,這時(shí)有人返回,有人繼續(xù)前進(jìn),但前進(jìn)的人數(shù)明顯多 于返回的人數(shù)(類似行駐波)。
什么是行波?
行波是行動(dòng)的無線電波。無線電波在空氣或射頻器件中傳播時(shí),其波形不斷向前推進(jìn),能量隨波的傳播而不斷向前傳遞,傳播介質(zhì)的任何一處,通過的平均能量不為零,就像不斷前行的隊(duì)伍。
什么是駐波?
駐波就是不再繼續(xù)推進(jìn)的無線電波,雖然電波上的任何一點(diǎn)都在上下震動(dòng),但波形沒有傳播出去,就像原地踏步的隊(duì)伍不再前進(jìn)一樣。兩列波(如入射波與反射波)振幅和頻率相同、傳播方向相反,疊加后波形不向前推進(jìn),就是駐波。
無線電波的駐波大家不易看到,似海岸峭壁前可以看到水的駐波。前進(jìn)的水波由于受到峭壁的限制,產(chǎn)生了反射水波,前進(jìn)水波和反射水波疊加形成了水的駐波。水而作周期性升降,但并不向前傳播。
什么是行駐波?
傳輸線在阻抗不匹配的情況下,同時(shí)存在入射波和反射波,就像有前進(jìn)、有返回的隊(duì)伍一樣。反射波的振幅小于入射波,入射波和反射波相疊加,形成的合成波叫行駐波。
使用射頻傳輸線傳送無線電波的時(shí)候,我們需要盡可能多的電波能量傳送出去,盡量少的能量停留在傳輸線上,以免造成過多的損耗。那么我們希望射頻傳輸線里的無線電波最好是行波。但實(shí)際工程中,不會(huì)有這么理想的情況,射頻傳輸線里的無線電波一 般都是接近行波的行駐波。駐波比、回波損耗等概念都是用來描述行駐波向前傳送能量和往回反射能量多少的指標(biāo)。
07什么是駐波比、回波損耗?
【現(xiàn)象類比】軍隊(duì)的運(yùn)輸線是用來傳送后勤補(bǔ)給的路線。如果后勤補(bǔ)給距離很近,在同一個(gè)村子里,可以很容易把補(bǔ)給送達(dá)目的地,不會(huì)有什么損耗(傳輸線很短時(shí),認(rèn)為是導(dǎo)線,沒有損耗)。但一般路線會(huì)很長,可能有各種各樣的影響,比如干旱導(dǎo)致蔬菜水分蒸發(fā)、下雨導(dǎo)致糧食發(fā)霉等(當(dāng)傳輸線遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其波長時(shí),就不能認(rèn)為沒有損耗了)。
射頻傳輸線是用來傳輸無線電波能量的導(dǎo)線,是射頻器件之間的連接器。天線和基站機(jī)頂門之間的士:要傳輸線,稱為饋線(Feeder)。為了匹配射頻器件(主要足基站和天線)的接入端口,連接在饋線和射頻器件端口之間幾米內(nèi)的傳輸線,稱為跳線(Jumper)。
對(duì)比一下:電風(fēng)扇的電源線長1m,居民用電的工作頻率是50Hz,波長就是 6000km。這根傳輸線相對(duì)于波長是非常短的,可以認(rèn)為線上各點(diǎn)的電壓和電流是相同的,等效為電路中的一點(diǎn),不需要考慮無線電波波動(dòng)效應(yīng)的影響,可以認(rèn)為從電源到風(fēng)扇是短路的。
但在無線通信中,使用的是超高頻,也就是說無線信號(hào)的波長很短,3G無線制式的波長約為0.15m,一般來說,傳輸線的長度比信號(hào)的波長大很多,線上各點(diǎn)的電壓和電流不再相間,所以射頻傳輸線也叫長線傳輸線。常見的射頻傳輸線有平行線、同軸線等。
選擇傳輸線的時(shí)候要關(guān)注兩個(gè)指標(biāo):衡量匹配程度的特性阻抗和衡量幅度衰減、相位偏移的傳播常數(shù)。下面會(huì)重點(diǎn)介紹。
08什么是傳輸線的特性阻抗?
【現(xiàn)象類比】運(yùn)輸線的糟糕路況(類似傳輸線里的特性阻抗)會(huì)影響運(yùn)輸車隊(duì)的速度,路越窄,路的阻礙作用越大(特性阻抗大,通過的無線電波能量就?。?;路越寬、路況越好,通過的車隊(duì)速度越快(通過的無線電波能量越多)。假若一段路況特別好,另一段路況特別差,從路況好的路段進(jìn)入差的路段,車隊(duì)就需要放慢速度。這就說明兩段路的路況不匹配(阻抗不匹配)。
特征阻抗是射頻傳輸線影響無線電波電壓、電流的幅值和相位變化的固有特性,等于各處的電壓與電流的比值,用Z0表示。在射頻電路中,電阻、電容、電感都會(huì)阻礙交變電流的流動(dòng),合稱阻抗。電阻是吸收電磁能量的,理想電容和電感不消耗電磁能量。阻抗合起來影響無線電波電壓、電流的幅值和相位。
同軸電纜的特性阻抗和導(dǎo)體內(nèi)、外直徑大小及導(dǎo)休間介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān),而與工作頻率傳輸線所接的射頻器件以及傳輸線長短無關(guān)。也就是說,射頻傳輸線各處的電壓和電流的比值是一記的,特征阻抗是不變的。
目前無線通信系統(tǒng)射頻器件有兩種特性阻抗:一種是50Ω,用于GSM、 WCDMA、LTE等系統(tǒng);另一種是75Ω,用于有線電視系統(tǒng),一般應(yīng)用較少。
09什么是阻抗匹配?
【匹配類比】拳擊手在訓(xùn)練時(shí),使用的沙袋太重,打起來很不舒適;而太輕了,又感覺沒有挑戰(zhàn)。只有沙袋重量適當(dāng),使用起來才感覺順手。
再舉一個(gè)例子,我的母親是個(gè)勤勞的裁縫,一次叫我給她遞一下剪刀,我 把父親常用的剪刀遞給她,她馬上說:“你爸的右手剪刀我用著不順手,我是左撇子,把旁邊那把左手剪刀遞給我?!蔽也乓庾R(shí)到,這兩把剪刀外形一樣, 卻有左右手之分。手和剪刀不匹配,用得就不舒服。
傳輸線和射頻器件相連時(shí),要求二者阻抗匹配。阻抗匹配就是在分界處只有入射波,沒有反射波;也就是傳輸線和射頻器件在無線電波傳送時(shí)如同沒有分界面一樣, 正如左手使用左手剪刀,雖然是兩個(gè)事物在一起,感覺上沒有任何不適。
那么,什么情況下,阻抗匹配呢?傳輸線所接射頻器件的阻抗Z1等于傳輸線的特性阻抗Z0時(shí),就是阻抗匹配了。匹配時(shí),能夠保證傳輸線的下一級(jí)射頻器件得到全部的信號(hào)功率,而沒有損失。
在選擇射頻器件的時(shí)候,一定要看各器件的特征阻抗是否匹配。衡量阻抗匹配程度 的參數(shù)有反射系數(shù)、回波損耗、反射損耗、駐波比、行波系數(shù),等等,它們之間有一定 的關(guān)系,已知其中一個(gè),能夠推出其他幾個(gè)。下面分別介紹。
10什么是反射系數(shù)?
【計(jì)算類比】高小姐跟八戒說:“你每月掙的錢得交給我,我根據(jù)情況返給你生活費(fèi)?!卑私涞谝粋€(gè)月交給高小姐2000元(入射波),高小姐返給八戒500元(反射波),75%都被高小姐留下了,返回比例是25%(類似于反射系數(shù))。
電壓反射c系數(shù)就是指反射波電壓和入射波電壓幅度之比,記Γ。經(jīng)過推導(dǎo),電壓反射系數(shù)的計(jì)算公式為:
當(dāng)射頻器件和傳輸線阻抗匹配(即Z1=Z0時(shí),Γ=0,無線電波處于行波狀態(tài), 沒有反射波;
在Z1=0或者Z1=∞的時(shí)候,Γ=1,反射波和入射波電壓幅度完全相N, 屬于全反射,無線電波處于駐波狀態(tài)。
一般情況下,射頻器件的阻抗Z1介于上述兩種 條件之傳輸線上既有行波也有駐波,無線電波處于行駐波狀態(tài),反射系數(shù)的范圍為 0?1。
在射頻器件安裝調(diào)試時(shí),我們希望器件的連接處盡量沒有反射,即反射系數(shù)接 近0,這樣無線電波在器件的連接處就可以全部傳送過去,沒有反射損耗。
一、Modulation/Switching Spectrum
回到GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng),Modulation Spectrum(調(diào)制譜)和Switching Spectrum(切換譜/開關(guān)譜)也是扮演鄰道泄漏比(ACLR)相似的角色;
不同是它們的測量帶寬不是GSM信號(hào)占用帶寬;
從定義上看,可以認(rèn)為調(diào)制譜是衡量同步系統(tǒng)之間的干擾,而切換譜是衡量非同步系統(tǒng)之間的干擾(事實(shí)上如果不對(duì)信號(hào)做gating,切換譜一定是會(huì)把調(diào)制譜淹沒掉的);
這就牽涉到另一個(gè)概念:GSM系統(tǒng)中,各小區(qū)之間是不同步的,雖然它用的是TDMA;而相比之下,TD-SCDMA和之后的TD-LTE,小區(qū)之間是同步的(那個(gè)飛碟形狀或者球頭的GPS天線永遠(yuǎn)是TDD系統(tǒng)擺脫不了的桎梏) ;
因小區(qū)間不同步,所以A小區(qū)上升沿/下降沿的功率泄漏可能落到B小區(qū)的payload部分,所以我們用切換譜來衡量此狀態(tài)下發(fā)射機(jī)對(duì)鄰信道的干擾;
而在整個(gè)577us的GSM timeslot里,上升沿/下降沿的占比畢竟很少,多數(shù)時(shí)候兩個(gè)相鄰小區(qū)的payload部分會(huì)在時(shí)間上交疊,評(píng)估這種情況下發(fā)射機(jī)對(duì)鄰信道的干擾就可以參考調(diào)制譜。
二、SEM (Spectrum Emission Mask)
這是一個(gè)“帶內(nèi)指標(biāo)”,與spurious emission區(qū)分開來,后者在廣義上是包含了SEM的,但是著重看的其實(shí)是發(fā)射機(jī)工作頻段之外的頻譜泄漏,其引入也更多的是從EMC的角度;
SEM是提供一個(gè)“頻譜模版”,然后在測量發(fā)射機(jī)帶內(nèi)頻譜泄漏的時(shí)候,看有沒有超出模版限值的點(diǎn);可以說它與ACLR有關(guān)系,但是又不相同;
ACLR是考慮泄漏到鄰近信道中的平均功率,所以它以信道帶寬為測量帶寬,它體現(xiàn)的是發(fā)射機(jī)在鄰近信道內(nèi)的“噪聲底”;
SEM反映的是以較小的測量帶寬(往往100kHz到1MHz)捕捉在鄰近頻段內(nèi)的超標(biāo)點(diǎn),體現(xiàn)的是“以噪聲底為基礎(chǔ)的雜散發(fā)射”;
如果用頻譜儀掃描SEM,可以看到鄰信道上的雜散點(diǎn)會(huì)普遍的高出ACLR均值,所以如果ACLR指標(biāo)本身沒有余量,SEM就很容易超標(biāo);
反之SEM超標(biāo)并不一定意味著ACLR不良,有一種常見的現(xiàn)象就是有LO的雜散或者某個(gè)時(shí)鐘與LO調(diào)制分量(往往帶寬很窄,類似點(diǎn)頻)串入發(fā)射機(jī)鏈路,這時(shí)候即便ACLR很好,SEM也可能超標(biāo)。
三、EVM(誤差矢量)
EVM是一個(gè)矢量值,有幅度和角度,它衡量的是“實(shí)際信號(hào)與理想信號(hào)的誤差”,這個(gè)量度可以有效表達(dá)發(fā)射信號(hào)的“質(zhì)量”——實(shí)際信號(hào)的點(diǎn)距離理想信號(hào)越遠(yuǎn),誤差就越大,EVM的模值就越大。
四、為何發(fā)射信號(hào)的信噪比并不重要
第一是發(fā)射信號(hào)的SNR往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于接收機(jī)解調(diào)所需要的SNR;
第二是我們計(jì)算接收靈敏度時(shí)參考的是接收機(jī)最惡劣的情況,即在經(jīng)過大幅度空間衰落之后,發(fā)射機(jī)噪聲早已淹沒在自然噪聲底之下,而有用信號(hào)也被衰減到接收機(jī)的解調(diào)門限附近;
但是發(fā)射機(jī)的“固有信噪比”在某些情況下是需要被考慮的,譬如近距離無線通信,典型的如802.11系列;
802.11系列演進(jìn)到802.11ac的時(shí)候,已經(jīng)引入了256QAM的調(diào)制,對(duì)于接收機(jī)而言,即便不考慮空間衰落,光是解調(diào)這樣高階的正交調(diào)制信號(hào)就已經(jīng)需要很高的信噪比,EVM越差,SNR就越差,解調(diào)難度就越高;
做802.11系統(tǒng)的工程師,往往用EVM來衡量Tx線性度;而做3GPP系統(tǒng)的工程師,則喜歡用ACLR/ACPR/Spectrum來衡量Tx線性性能。
從起源上講,3GPP是蜂窩通信的演進(jìn)道路,從一開始就不得不關(guān)注鄰信道、隔信道(adjacent channel, alternative channel)的干擾。換句話說,干擾是影響蜂窩通信速率的第一大障礙,所以3GPP在演進(jìn)的過程中,總是以“干擾最小化”為目標(biāo)的:GSM時(shí)代的跳頻,UMTS時(shí)代的擴(kuò)頻,LTE時(shí)代RB概念的引入,都是如此;
而802.11系統(tǒng)是固定無線接入的演進(jìn),它是秉承TCP/IP協(xié)議精神而來,以“盡最大能力的服務(wù)”為目標(biāo),802.11中經(jīng)常會(huì)有時(shí)分或者跳頻的手段來實(shí)現(xiàn)多用戶共存,而布網(wǎng)則比較靈活(畢竟以局域網(wǎng)為主),信道寬度也靈活可變??偟膩碚f它對(duì)干擾并不敏感(或者說容忍度比較高);
通俗的講,就是蜂窩通信的起源是打電話,打不通電話用戶會(huì)去電信局砸場子;802.11的起源是局域網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)不好大概率是先耐著性子等等(其實(shí)這時(shí)候設(shè)備是在作糾錯(cuò)和重傳);
這就決定了3GPP系列必然以ACLR/ACPR一類“頻譜再生”性能為指標(biāo),而802.11系列則可以以犧牲速率來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;
具體說“以犧牲速率來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境”,指的802.11系列中以不同的調(diào)制階數(shù)來應(yīng)對(duì)傳播條件:當(dāng)接收機(jī)發(fā)現(xiàn)信號(hào)差,就立即通知對(duì)面的發(fā)射機(jī)降低調(diào)制階數(shù),反之亦然。前面提到過,802.11系統(tǒng)中SNR與EVM相關(guān)很大,很大程度上EVM降低可以提高SNR。這樣就有兩種途徑改善接收性能:一是降低調(diào)制階數(shù),從而降低解調(diào)門限;二是降低發(fā)射機(jī)EVM,使得信號(hào)SNR提高;
因?yàn)镋VM與接收機(jī)解調(diào)效果密切相關(guān),所以802.11系統(tǒng)中以EVM來衡量發(fā)射機(jī)性能(類似的,3GPP定義的蜂窩系統(tǒng)中,ACPR/ACLR是主要影響網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo));
又因?yàn)榘l(fā)射機(jī)對(duì)EVM的惡化主要因?yàn)榉蔷€性引起(譬如PA的AM-AM失真),所以EVM通常作為衡量發(fā)射機(jī)線性性能的標(biāo)志。
五、EVM與ACPR/ACLR的關(guān)系
很難定義EVM與ACPR/ACLR的定量關(guān)系,從放大器的非線性來看,EVM與ACPR/ACLR應(yīng)該是正相關(guān)的:放大器的AM-AM、AM-PM失真會(huì)擴(kuò)大EVM,同時(shí)也是ACPR/ACLR的主要來源;
但是EVM與ACPR/ACLR并不總是正相關(guān),我們這里可以找到一個(gè)很典型的例子:數(shù)字中頻中常用的Clipping,即削峰。Clipping是削減發(fā)射信號(hào)的峰均比(PAR),峰值功率降低有助于降低通過PA之后的ACPR/ACLR;
但是Clipping同時(shí)會(huì)損害EVM,因?yàn)闊o論是限幅(加窗)還是用濾波器方法,都會(huì)對(duì)信號(hào)波形產(chǎn)生損傷,因而增大EVM。
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