GSM、GPRS或TDMA模式中设计的收发机在800 MHz和1900 MHz频段均可运行，但AMPS模式仅能运行于800 MHz频段。GSM、GPRS、TDMA和AMPS移动接收机的最低性能要求介绍如表9.2～表9.4所示。我们的设计目标不只是使得接收机性能满足这些最低指标，也要有合理的参数余量。

表9.2　GSM和GPRS移动接收机的最低性能指标

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表9.3　TDMA移动接收机的最低性能指标

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表9.4　AMPS移动接收机的最低性能指标

1.接收机性能评估中载噪比的确定

在接收机系统设计中，首先需要确定在指定误码率时每个工作模式下的载噪比。从GSM系统开始，为了接收机灵敏度和其他性能的计算采用了2%的残余误码率（RBER），如表9.2指标中所定义，它取决于信道的类型和传输的条件。在一些信道和多径衰落条件下残余误码率接近于误码率，如传输条件RA250中；另外，在其他的传输条件下，如条件TU3中，它就要好于误码率。一般情况下，基于BER而非基于RBER来计算所需的载噪比要相对稳妥。

对于GSM音频信道TCH/FS等级Ⅱ，载噪比可估算如下：BTb从为0.25的GMSK信号的误码率（BER）与Eb/no的曲线中，因为BER=2%，可估算［［$｛E_b｝$］/no≅5 dB，尽管GSM信号的BTb为0.3。2%左右的BER时，GMSK信号的BER与Eb/no的曲线在BTb=0.3和0.25时差别不大。此外，GSM信号的误码率性能可能会受本振的相位噪声、中频和基带信道滤波器的群延时失真及I和Q信道信号相位和振幅失衡影响而下降。GSM信号Eb/no在2%BER时因上述原因而所需的增量见表9.5。因此，2%BER时总的Eb/no大约为5.6 dB。在GMSK比特率为271 kHz且接收机噪声带宽为182 MHz时，对应的载噪比如下

在下列GSM接收机性能的计算中，将会采用8 dB的CN RGSM以预留0.7 dB的余量。然而，当带有自适应多速率（adaptivemultiplerate，AMR）的音频信道时，相同-102 dBm灵敏度情况下的载噪比大约比原始音频信道的载噪比高1.5 dB，即9.5 dB。

表9.5在2%BER时GSM信号Eb/no因干扰所需的增量

在最坏情况下对载噪比的要求为在HT100传播条件下的信道TCH/AFS5.9。即使没有自适应多速率在灵敏度为-102 dBm的情况下，载噪比也需要有9.4 dB。

在GPRS情况下，作为GSM系统，调制方案仍然是GMSK。在分组数据信道（packet data channels，PDCH）中10%的块错误率（blockerrorrate，BLER），按照规定在GSM音频信道时对应的载噪比一般大约为8 dB；但在最坏情况下，它或许会升到接近10 dB。但是，最坏情况下（如1800 MHz频段下PDCH/CS-4）GPRS的参考灵敏度可以放宽到-100 dBm，而不是-102 dBm。

之后的GSM和GPRS系统射频接收机的性能评估将基于8 dB的CNRmin，因为GSM求值的结果对于GPRS同样可用，所以相应的求值也主要集中在GSM。另外，在系统设计中应该留有足够的余量来涵盖最坏情况下的性能，包括带有自适应多速率的GSM音频信道。

2.噪声系数

这里仅仅讨论静态灵敏度，因此不像其他的灵敏度测量，如多径衰落情况下的灵敏度。静态灵敏度主要取决于接收机的噪声系数。接收机灵敏度是接收机最重要的参数指标之一。通常在典型情况下，将预留4 dB的余量，在最差情况下也需预留1.5 dB的余量。

接收机的静态灵敏度由噪声带宽、噪声系数和载噪比决定。定义的灵敏度水平计算出噪声系数；噪声带宽和载噪比值决定了灵敏度。考虑到4 dB的余量，GSM、TDMA和AMPS移动接收机的灵敏度分别为-106 dBm、-114 dBm和-120 dBm，且对应的噪声系数为

典型情况下，多模接收机的噪声系数应为6.7 dB或更低。接收机的整体噪声系数主要决定于从天线端口到下变频器输出部分射频模块的噪声系数和增益，而该模块由GSM和TDMA或AMPS共享。为确保所有运行模式有足够高的灵敏度，需要选择最低的噪声系数。接收机最大的噪声系数应该为9.2 dB或更小，因此接收机灵敏度在最坏情况下依然有1.5 dB的余量。

3.线性度和三阶截点

在超外差式接收机中，接收机的线性度常常通过三阶输入截点来衡量。线性度要求的计算比接收机噪声系数更复杂。无线移动接收机的整体IIP3要求由可允许的互调失真（intermodulation distortion，IMD）或称为互调寄生衰减与甚高频合成器本振的相位噪声所决定。

不同系统接收机的互调失真性能要求定义于表9.2～表9.4中。它们分别为：

（1）GSM：期望信号-99 dBm，最小干扰-49 dBc。

（2）TDMA：期望信号-107 dBm，最小干扰62 dBc或更高。

（3）AMPS：期望信号灵敏度水平+3 dBm，最小封闭空间干扰65 dBc或更高，最小宽间距干扰70 dBc或更高。

也可注意到，关于GSM、TDMA和AMPS移动接收机对于互调性能测试频和调制干扰，设定在距载波不同偏移频率处且带有不同的频率间隔。互调测试干扰的偏移频率如下：

（1）GSM：测试频/调制频干扰，偏移频率±800/±1600 kHz。

（2）TDMA：测试频/测试频干扰，偏移频率±120/±240 kHz。

（3）AMPS：封闭空间测试频/测试频干扰，偏移频率±120/±240 kHz；且宽间距测试频/测试频干扰，偏移频率±330/±660 kHz。

如果忽略对互调性能影响的其他因素，三阶互调失真分量（third-order IMD product level，IM3）与接收机线性度或IIP3相关，即

使用上面讨论的互调失真指标数据，可获得对于不同运行模式时最小接收机IIP3要求为在AMPS接收机的IIP3求值中假定有-120dBm的接收机灵敏度。

上述计算的IIP3实际上为仅仅考虑互调干扰时所造成的接收机三阶输入截点的最小要求。现实中，合成器本振的相位噪声和杂散以及接收机噪声系数也将影响互调失真的性能。噪声系数已经由接收机灵敏度确定，且为一给定值。本振的相位噪声和杂散（尤其当补偿频率与互调测试干扰的频率相等时）应该足够小以确保特定互调失真性能下所要求的接收机IIP3合理且可行。低的IIP3通常需要更低的电流损耗。在下面的IIP3求值中，仅考虑超高频本振对互调失真性能的影响。

事实上，超高频本振相位噪声和杂散不仅影响互调寄生响应衰减的性能，还决定了相邻/相间信道选择性。基于目前的合成器技术，典型情况下对于蜂窝频段和个人通信系统频段移动接收机的使用，合成器本振的相位噪声和杂散量在表9.6中给出。相位噪声或许随温度由室温到高温（60℃）或到寒冷（-30℃）而变化几个dB。超高频本振相位噪声和杂散的要求也与中频信道滤波器的选择性相关，且如果信道滤波器对干扰的抑制越高，相位噪声和寄生的指标将越宽松。

不同系统中，为满足互调失真和相邻信道选择性性能而对超高频本振相位噪声与杂散量的需求是不同的。表9.6中给出了基于TDMA和AMPS接收机的互调失真和相邻信道选择性性能而导出的超高频本振相位噪声和杂散性能。为获得互调失真性能上的3 dB余量，对于GSM接收机超高频合成器本振的相位噪声和杂散的要求不会如表9.6给出的那么严格，且在表9.7中给出。这意味着超高频压控振荡器在GSM模式运行下可以之运行于TDMA或AMPS模式时使用更少的电流。如果在设计中更关注节能，对于GSM模式可让超高频压控振荡器运行在不同的偏置电流处，或者另外基于TDMA/AMPS模式要求时多模接收机的超高频本振应该有表9.6中给出的相位噪声和杂散性能。

表9.6　超高频本振的相位噪声和杂散指标

表9.7　GSM接收机超高频本振的相位噪声和杂散要求

利用表9.6、表9.7数据，可算得表9.2～表9.4中定义的最小指标下实现3 dB余量互调失真性能的接收机IIP3。例如，800 MHz频段的GSM接收机的IIP3通过采用表9.7中相位噪声计算得

1900 MHz频段的GSM接收机所要求的IIP3为

类似方法，基于表9.6的相位噪声和杂散，可获得其他模式或频段的IIP3如下

从这些结果中可总结出，在这三种接收机工作模式中，TDMA接收机要求有最高的线性度，且运行在1900 MHz频段的接收机比运行在800 MHz频段需要更高的IIP3，因为PCS频段的本振相位噪声比蜂窝频段本振的更糟糕。接收机不同模式共同路径的线性度设计应该基于TDMA的要求，但在电路设计中，也应该考虑可调节的偏置电路，根据工作模式而改变器件的偏置从而节省电流损耗。

4.选择性和阻塞性能

接收机选择性和阻塞性能主要由信道滤波器及本振相位噪声和杂散决定。本振相位噪声/杂散要求也部分决定于互调失真性能，因此，对于相位噪声/杂散在接收机系统设计中可用于怎样一个水平我们已经有了一个基本的想法。信道滤波器特性不仅影响接收机的选择性和阻塞性能，还影响互调失真性能，因为无论相邻/相间信道的干扰是什么（远距离阻塞信号或互调干扰频/调制信号），当它们通过信道滤波器时将会显著衰减。信道滤波性能也会间接影响到接收机的电流损耗。指定信道滤波器的特性与定义本振相位噪声要求的方式类似。这是一个试错的过程，以在滤波要求和实现的可行性之间做一个权衡。表9.8给出了GSM接收机、TDMA接收机或AMPS接收机的信道滤波器特性的例子。

表9.8　GSM、TDMA及AMPS接收机信道滤波器的抑制特性

只有在计算相邻信道选择性时，或许不会忽略甚高频本振的相位噪声和杂散的影响，因为在相邻信道频率处信道滤波器的抑制一般相当低。例如，GSM中距期望信号载波±200 kHz的频率偏移处和AMPS中±30 kHz的频率偏移处。例如，GSM相邻选择性求值为

类似方式，求得AMPS相邻信道选择性为

在上述选择性的计算中，假定对应相邻信道处的甚高频本振相位噪声比超高频本振的相位噪声差了10 dB，而杂散则差了5 dB。对于GSM和AMPS情况，结果分别表现出了超过37 dB和29 dB的佘量。GSM、TDMA和AMPS接收机在800MHz和1900MHz处的相邻/相间阻塞性能的计算结果归纳在表6.9和表6.10中。相邻或相间信道的选择性的余量对于它的指标具有决定性，最小余量为6 dB，这是AMPS接收机相间信道选择性性能的余量。GSM阻塞特性的余量随着频率偏移的减少而减少，因为阻塞干扰的余量随着频率偏移而抬升，而合成器本振的相位噪声在频率偏移超过1.5 MHz时下降到最低水平。在这种情况下，如果对应的选择性仍然在指标范围内，最好去核对一下最坏情况下的情形。最严苛的阻塞性能是带有本振相位噪声的1900 GSM接收机，在表9.7中给出。可以发现，在最坏情况下阻塞仍有0.5 dB以上的余量，即60℃时本振相位噪声从它的典型值增大到大约2～3dB。

表9.9　GSM接收机的相邻/相间阻塞性能

表9.10　TDMA接收机和AMPS接收机的相邻/相间阻塞性能

GSM系统中另一个阻塞特性称为调幅抑制特性。GSM的干扰为-31 dBm及距期望信号载波6 MHz或更高且为200 kHz整数倍的频率偏移的调制脉冲信号。脉冲干扰或许会因直接变频接收机的二阶失真而阻塞该直接变频接收机，但它将不会对超外差式接收机造成任何问题。因此，不打算在此深入讨论该指标。(www.daowen.com)

5.模数转换器动态范围

多模接收机中的模数转换器为GSM、TDMA和AMPS模式共享。这种情况下，模数转换器的动态范围由工作的模式决定，即必须要适应高的载噪比、衰落余量和自动增益控制误差。对GSM和TDMA的模数转换器动态范围计算在表9.11中列出。带有GPRS功能的GSM移动接收机需要大约60 dB的动态范围或10位的模数转换器，而TDMA接收机要求9.5位的模数转换器。实际上，因为在I和Q信道中的模数转换器同时也被GSM接收机共用，所以对于TDMA/AMPS接收机，模数转换器的动态范围可以比所需要的动态范围高得多。另外，TDMA/AMPS接收机的模数转换器可运行在比信号带宽更高的采样速率处，但它仍然比GSM接收机模数转换器所用的采样速率更低。这意味着，应用在TDMA/AMPS接收机的动态范围将提供甚至比60 dB更高的有效动态范围。

表9.11　模数转换器动态范围计算

ΣΔADC有最大的信号/（噪声+失真）比值［signal-to-（noise+distortion）ratio，S/（N+D）］，比最大峰峰电压摆幅小约6 dB。例如，如果允许的最大峰峰电压摆幅为1.5 V，当信号峰峰电压摆幅接近0.75 V时，ΣΔADC有S/（N+D）最大值。考虑到衰落、自动增益控制误差、波峰等因素，运用到模数转换器输入的有效值电压将在75～150 mV，具体值取决于自动增益控制的优化。

6.系统阵级分析与设计

为了在不同工作模式下实现接收机的电性能，已得出了接收机的噪声系数、IIP3、甚高频合成器相位噪声性能及信道滤波器的选择性。现在，应该恰当地分配增益、噪声系数和不同独立电路级的IIP3，以使得综合的噪声系数和IIP3等于前面第2～4部分中所获得的结果，甚至更好。做这类分析和设计的一个有效工具就是Excel电子表格。为创建一个恰当的接收机系统阵（接收机链路中的增益、噪声系数和IIP3分布），需要对关键模块或电路级的性能具有一定的基础知识，如带通滤波器、低噪声放大器、下变频器、中频可变增益放大器、I/Q解调器、基带滤波器和基带放大器等。

无线移动站基本建立在硅片上或者更精确地说是建立在多个集成电路芯片或者一个芯片上。基于不同功能集成电路的知识，包括双工器的片外射频带通滤波器以及超高频合成本振，能够布置一个设计接收机的初步阵。接收机链中的增益、噪声系数和IIP3分布需要调整，直到整体噪声系数和IIP3至少等于前面第2和第3部分所确定的值，甚至更好。显然，满足要求的接收机系统阵并不唯一。不同模式的系统阵在表9.12～表9.16中给出。800 MHz的GSM接收机、TDMA和AMPS接收机与1 900 MHz的GSM接收机和TDMA接收机的具体增益、噪声系数与IIP3分布在这些表中分别介绍。

在这些接收机的工作模式和频段中，不同的模式和频段共享一些模块与/或器件。

（1）所有的模式和频段共享I与Q信道中从中频可变增益放大器和I/Q正交解调器到模拟基带放大器的整个模块。但对于GSM和GPRS运行状态，基带低通滤波器的带宽调至为大约100 kHz，而对于TDMA和AMPS运行状态，调至15 kHz左右。

（2）运行在蜂窝频段或PCS频段的包括GPRS模式在内的GSM接收机在它们的信道滤波中，使用带有表9.8中特性的相同声表面波滤波器。800 MHz和1 900 MHz的TDMA接收机与800 MHz的AMPS接收机共用了一个27 kHz的信道滤波器，其频率响应也在表9.8中介绍。

（3）在多模接收机架构中有两组射频模块（每个频段一组），且每组包含了一个双工器、低噪声放大器、射频带通滤波器和射频下变频器。800 MHz射频模块对于运行在该频段的GSM接收机、TDMA接收机和AMPS接收机模式是共同的，另一射频模块是对于运行在1 900 MHz频段GSM和TDMA接收机的。

（4）与射频模块类似，在多模收发机中有两个超高频合成器本振工作在1 GHz和2 GHz频段。每一个不仅用于接收机所有模式对应的频段，同时还由接收机和发射机共享。

（5）仔细观察表9.12～表9.16发现对于GSM模式，低噪声放大器、射频下变频器所要求的线性度和IIP3在每个频段上都比TDMA模式与AMPS模式的要低得多。另外，GSM接收机在两个频段上对合成器本振相位噪声的指标都比其他模式更宽松。这意味着在GSM模式工作中，因为不同的模式共享这些射频模块和超高频合成器本振，或许能够改变基于工作模式的低噪声放大器、射频下变频器和超高频压控振荡器的偏置电流来节省电流损耗。另外，对于所有的工作模式，这些共享的模块和器件应该工作在相对高的电流以确保低的低噪声放大器和射频下变频器有较高的线性度（或IIP3）及超高频本振的低相位噪声（如TDMA模式所要求的那样）。

（6）GSM接收机的中频与TDMA接收机和AMPS接收机的稍微不同。这是GSM系统和TDMA/AMPS系统间不同的信道所造成的，但在GSM接收机和TDMA/AMPS接收机中超高频合成器采用同样的19.2 MHz的参考时钟。

（7）从典型和最坏情况系统阵分析中，能够开发出接收机链中单个电路级和模块的性能指标。对于放大器和下变频器必须明确增益的值、噪声系数、IIP3和电流损耗，不仅要根据它们的标称值，也要根据它们在不同条件下的容差，如在特定温度下和应用的电压范围。对于滤波器，主要的指标是插入损耗、带内纹波、带外抑制、群延时和它的失真。显然，相位噪声、杂散大小、采集时间和电流损耗为合成器的主要关注点。

7.增益控制和接收信号强度指示器精度

多模接收机的增益控制范围需要涵盖这些模式运行的最大动态范围。从GSM、TDMA和AMPS移动站的最小性能指标，即表9.2～表9.4中可知，800 MHz的GSM最小动态值为87 dB，TDMA的为85 dB，AMPS的为91 dB。假定接收机灵敏度加上动态范围的余量为10 dB，且接收机链随温度和电压的增益改变为6 dB，则AMPS接收机的整体增益控制需要大约108 dB。可将低噪声放大器设计为20 dB的信号步进增益控制，也就是说，从15 dB到-5 dB，反之亦然。88 dB增益变化的剩余部分通过中频可变增益放大器（或可变增益放大器模块）来实现。接收机链的可变增益级在表9.12中列出。

表9.12　可变增益级、可变的范围和方法

对于GSM模式和TDMA/AMPS模式，基带放大器设置不同的增益，即在GSM模式中基带放大器的增益等于20 dB，在TDMA/AMPS模式中为30 dB。GSM模式中，基带放大器增益设置在20 dB，以使得接收机的载噪比足够高，从而即使在低噪声放大器切换到低增益-5 dB的运行状态时，接收机仍然能够恰当地工作。低噪声放大器既可工作在15 dB的高增益状态，也可工作在增益为-5 dB的旁路模式。

低噪声放大器由高到低的切换要尽可能早，以节省电流损耗。在设计例子中，GSM模式时，低噪声放大器增益在-84 dBm时由高到低进行切换，而在-87 dBm时再切换回高增益；TDMA/AMPS模式时，低噪声放大器的两个切换点分别为-92 dBm和-95 dBm，如图9.2（a）所示。假定中频可变增益放大器为连续控制，GSM和TDMA/AMPS模式的增益变化与接收信号水平如图9.2（b）所示。在校准以后，在大多数动态区域内自动增益控制的精度可随温度保持在±3 dB和±5 dB以内。

图9.2　低噪声放大器和中频可变增益放大器的自动增益控制曲线

GSM数字接收机和TDMA数字接收机接收信号强度指示器的精度要求在表9.13中给出。

表9.13　GSM数字接收机和TDMA数字接收机接收信号强度指示器的精度要求