理论教育 镜频抑制设计考量及结构选择

镜频抑制设计考量及结构选择

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:第一种使用了数字双下变频器和动态失衡误差校正,提供了可以高达50 dB镜频抑制。第一种设计的结构比第二种复杂很多。在实际设计中将根据应用和镜频抑制要求选择一种低中频接收机的结构。(二)镜频抑制的决定因素低中频通常在期望信号频带的一半到两倍之内。以GSM移动站为例,相邻信道的频率间隔为200 kHz,而相间信道的频率间隔为400 kHz。

镜频抑制设计考量及结构选择

(一)低中频接收机结构比较

在低中频接收机中主要的技术困难就是镜频抑制,因为中频太低导致想要在射频中将镜频干扰滤除是不可能的。前面所讨论的两种方法是解决这个问题最常用的方法。第一种使用了数字双下变频器动态失衡误差校正,提供了可以高达50 dB镜频抑制。第一种设计的结构比第二种复杂很多。它需要额外的电路产生校准信号以及在数字域中更多的处理过程。虽然第二种基于模拟多相带通滤波器的方法不需要额外的校准电路,但是模拟有源多相滤波器对功率的需求很大。第二种方法简洁的结构只能提供中等的镜频抑制——约40 dB。

在实际设计中将根据应用和镜频抑制要求选择一种低中频接收机的结构。显然,使用双正交变频器和失衡误差校准的方法更适合对镜频抑制有较高要求的系统。事实上,这个系统的复杂度主要在数字信号处理中,因此其对相应电流损耗的提高不会太明显。另外,如果温度和信号强度的变化不剧烈,那么大部分系统中的失衡补偿并不需要在每个信号脉冲的时隙工作。低中频结构的GSM移动站通常是基于这种结构的,虽然其镜频抑制的要求可能只有30 dB。使用模拟多相带通滤波器的低中频接收机则没有这个限制,但是其镜频抑制表现不如前者。

(二)镜频抑制的决定因素

低中频通常在期望信号频带的一半到两倍之内。在这种情况下,相邻/相间信道的信号可能会变成带内期望信号的干扰源。以GSM移动站为例,相邻信道的频率间隔为200 kHz,而相间信道的频率间隔为400 kHz。对于100 kHz的中频接收机来说,显然相邻信道的信号正好在期望信号的镜像频带之内。除此之外,如图6.26所示,相间信道的信号在频率从射频下变频到中频之后成了相邻信道的干扰源。在此图中,假定了期望信号载波频率比LO频率100 kHz要高。较低频的相邻信道干扰是期望信号的镜频干扰,并且在下变频后其频谱也会对称变换并和期望信号互相重叠。在图6.26中,下变频后的镜像频谱用虚线表示。在同一张图中描述了较低频的相间信道干扰也通过类似的方式成为相邻信道的干扰源。

图6.26 相邻/相间信道干扰

低中频接收机的最低镜频抑制要求IRmin,n可以通过下式粗略估计:

式中,CNRmin是在接收机灵敏度下的载噪比;ΔSd是分配给期望信号的相对电平,是比相邻和相间信道干扰测试中灵敏度电平高的值;ΔIinband是期望信号带内的相对干扰电平;ΔCNR是允许的CNR下降;式(6.62)中的所有变量单位都是dB。

如图6.26所示,GSM移动站定义相邻信道干扰和相间信道干扰分别高于期望信号9 dB和41 dB。期望信号电平定义为比相邻信道干扰测试的灵敏度电平高=20 dB,GSM移动接收机的CNRmin约为8 dB。对于相同的BER,CNR可以降低20 dB。因此,使用式(6.02)可以得到最小镜频抑制要求为

事实上,低中频GSM接收机的镜频抑制要求不仅由镜频干扰决定,还与相间信道干扰有关,主要的原因:①它比期望信号高41 dB;②GSM的期望、相邻和相间信号的频谱不是像图6.26中那样简单,而是互相交叠的。在期望信号频带内相间信号的功率约占到功率谱中的0.28%。来自低频相间信道的相邻信道干扰比期望信号高41 dB,并且0.28%的总相间信道信号能量约比期望信号高15.5 dB。考虑这个干扰和镜频干扰,那么相应的低中频GSM接收机镜频抑制最小值是

总的来说,30 dB的镜频抑制对低中频GSM移动接收机来说足够控制相邻信道干扰和相间信道干扰。即使在不使用失衡误差校正的情况下,30 dB的镜频抑制虽然不容易但不算很难得到。从图6.22中,我们知道它要求I/Q信道信号的相位和幅值失衡分别低于4°和0.25 dB。(www.daowen.com)

(三)低中频接收机自动增益控制

低中频接收机自动增益控制(AGC)和直接变频接收机的自动增益控制相似。在I/Q信道中的增益控制最好使用离散步进式的增益控制来取得较高的精确度和平衡。这一点对基于多相滤波器的低中频接收机,在带通滤波器级之前的增益控制级来说尤其重要。这是因为任何增益失衡(以及控制范围内的相位失衡)会导致对于可能的最大镜频抑制的限制。在使用失衡补偿的低中频接收机中,I/Q信道中的增益控制失衡可能并不需要那么精准,因为这里的失衡会被校准,并通过基于存储的校准信息进行补偿。

低通滤波器或带通滤波器不足以抑制阻塞或其他干扰时,也许也会像在直接变频接收机中那样需要一个数字自动增益控制。

(四)带相位偏移锁相环的发射机

图6.21中所给出的发射机是GSM超外差发射机,它使用相位偏移锁相环(OPLL)作为跟踪期望信号的带通滤波器。GSM发射机中所使用的相位偏移锁相环应该有以下特点:对于传输噪声足够的抑制、较小的相位误差和能够快速稳定。相位偏移锁相环的带通特性让它能够代替声表面波滤波器和双工器,快速稳定使其能够降低电流消耗。

相位偏移锁相环的带宽应该窄到能够抑制接收机频带中的噪声到-79 dBm以下,并且其带宽还需要宽到能够在均方根相位误差小于5°。相位偏移锁相环的优化带宽在0.6~2.6 MHz之间。

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