LTE協(xié)議中接收指標

文/王許旭

1 概述

無線通信中，RRU（射頻拉遠單元）中接收機是重要的一個組成部分，但是接收機的設(shè)計應該符合那些設(shè)計要求，這些設(shè)計要求怎么對應到接收機鏈路指標的，這是本文要回答的問題。

本文主要是對LTE協(xié)議中接收指標的進行梳理和分析，最后引申到對接收鏈路關(guān)鍵指標分解。

2 接收協(xié)議要求

以下沒有特別說明都是以協(xié)議中宏站20M帶寬為例進行說明。

2.1 接收靜態(tài)靈敏度

接收靈敏度是指基站在吞吐量大于等于95%，接收機接收有用信號的功率，不同帶寬的要求不同，以宏站20M帶寬信號為例，靈敏度要求為-101.5dBm，這里的接收靈敏度是在沒有干擾情況下的接收機能力，一般又稱作靜態(tài)靈敏度。

其中有用信號FRCA1-3為25RB的QPSK信號，帶寬為BW=180k*25=4.5MHz

根據(jù)靈敏度公式Pmin=-174+10*log（BW）+NF+SNR（基帶解調(diào)門限，對QPSK一般為-0.5）

所以，要滿足協(xié)議靜態(tài)靈敏度的要求，接收機NF<5.5dB。

這里隱含了一個對接收鏈路增益的要求，假設(shè)目前我們可用的ADC的噪聲為NoiseADC(dBm/Hz)，鏈路設(shè)計時我們往往希望ADC的噪聲不要影響到整個鏈路，因此希望ADC前的噪聲N前端>>NoiseADC，一般工程上會取N前端-NoiseADC>13dB（即ADC噪聲對整個鏈路噪聲的貢獻為0.2dB）。其中N前端=-174+NF前端+GainADC前，所以這里對GainADC前有一個最小值的要求。這就是接收機最小鏈路增益的要求。

那是不是鏈路增益越大越好呢？對于靜態(tài)靈敏度來說，確實是ADC前增益越大，ADC對系統(tǒng)噪聲的貢獻越小。

那有沒有增益上限的限制呢？答案是肯定的，這個上限和鏈路允許的最大輸入信號有關(guān)，將在下面幾個小節(jié)中體現(xiàn)。

除該小結(jié)的場景外，其他接收指標的場景均為有干擾信號情況下，接收機的能力，需要考慮干擾信號下，是否會飽和接收鏈路，特別是ADC。

2.2 動態(tài)范圍

動態(tài)范圍是衡量，在接收帶內(nèi)存在干擾的場景下，接收機接收有用信號的能力，干擾信號為AWGN（加性高斯白噪聲）。有用信號幅度為-70.2dBm，干擾信號幅度為-76.4dBm。

此場景下，協(xié)議中有用信號FRCA2-3為25RB的16QAM信號，帶寬為4.5M，干擾信號帶寬也為4.5M，和有用信號重疊。這個指標是用來衡量接收機解調(diào)門限的，SNR=-70.2-（-76.4）=6.2dB。

2.3 ICS

ICS（In-channel selectivity，帶內(nèi)選擇性）是用來衡量，當存在接收更大功率譜密度的干擾信號時，在接收機分配的資源塊位置接收有用信號的能力。要求干擾信號為-77dBm時，能夠解調(diào)-98.5dBm的有用信號。

此場景下，有用信號A1-3為25RB的QPSK信號，帶寬為4.5M，干擾信號和有用信號分別位于Fc的兩側(cè)，F(xiàn)c為信道中心頻點。

需要考慮干擾信號自身通過鏈路后產(chǎn)生的落入有用信號的非線性噪聲信號是否會影響此時的靈敏度。一個是鏈路產(chǎn)生的IM3；另一個是鏈路本振相噪帶來的倒易混頻噪聲。

2.4 ACS和窄帶阻塞

ACS（Adjacent_Channel Selectivity，鄰道選擇性）是用來衡量，當接收信道鄰道存在干擾信號的情況下，在接收信道頻率接收有用信號的能力。當干擾信號幅度為-52dBm時，可以解調(diào)有用信號幅度小于-95.5dBm。

此場景下，有用信號A1-3為25RB的QPSK信號，帶寬為4.5M，干擾信號中心頻點距離有用信號最高或最低頻點間距為+/-2.5025M，干擾信號為5ME-UTRA信號。

ACS這個場景下，干擾信號的三階非線性產(chǎn)物會落入接收有用信號帶內(nèi)，因此該場景是用來評估接收機非線性，一個是鏈路產(chǎn)生的IM3；另一個是鏈路本振相噪帶來的倒易混頻噪聲。

窄帶阻塞要求干擾信號幅度為-49dBm時，可以解調(diào)有用信號幅度小于-95.5dBm。

窄帶阻塞的干擾信號為只包含1個RB的E-UTRA信號，該RB的中心頻率與有用信號最高或最低頻點間距為+/-（342.5+m*180）kHz，其 中 m=0，1，2，3，4，9，14，19，24，干擾信號所在信道為5M，與有用信號基站RF帶寬邊緣相鄰，該場景與ACS類似，只是將干擾信號的25RB，換成1RB，且該場景下，需要移動RB在干擾信道的位置來測量。

噪聲的源頭，一個是鏈路產(chǎn)生的IM5～IMn；另一個是鏈路本振相噪帶來的倒易混頻噪聲。

2.5 阻塞

2.5.1 一般阻塞

阻塞特性是用來衡量，當存在非期望干擾信號的情況下，在接收信道頻率接收有用信號的能力，干擾信號分為帶內(nèi)阻塞（為1.4MHz，3MHz或5MHz E-UTRA信號）和帶外阻塞信號（CW信號）。

對于大多數(shù)頻段，以20M有用信號為例，帶內(nèi)的范圍為：有用信號頻段加上上下各擴展20M范圍，該范圍內(nèi)，干擾信號中心最近離有用信號邊緣為7.5M，干擾信號幅度為-43dBm，干擾信號為5ME-UTRA類型；帶外阻塞范圍為 1MHz～（FUL_low-20）MHz和（FUL_high-20）MHz～12750MHz，干擾信號為-15dBm的CW信號。

對于特殊頻段，帶內(nèi)帶外范圍稍有區(qū)別，主要在于有的band的上行和下行頻段間距不足20M，因此稍有區(qū)別。

帶內(nèi)阻塞信號最近離有用信號會間隔一個信道，因此帶內(nèi)干擾信號的五階非線性產(chǎn)物會落入有用信號帶內(nèi)。因此該場景是用來評估接收機非線性，一個是鏈路產(chǎn)生的IM5；另一個是鏈路本振相噪帶來的倒易混頻噪聲帶來的影響。

帶內(nèi)阻塞信號是接收指標里接收帶內(nèi)定義的干擾信號最大的場景（共站址阻塞除外，是因為帶外阻塞有濾波器的抑制），所以需要考慮是否飽和整個接收鏈路，特別是ADC。

帶外阻塞信號主要考量濾波器的抑制水平。

2.5.2 共站址阻塞

阻塞特性中附加的阻塞要求，是為了保護該工作基站與工作在別的頻段其他基站共址。

干擾信號頻段是其他頻段發(fā)射機下行頻段，幅度為+16dBm，類型為CW。

該要求的前提時，干擾信號發(fā)射機與共址的同類型的有用信號接收機之間的耦合損耗為30dB。

該項指標主要會對基站的雙工器提出較嚴的指標。

2.6 接收雜散

接收機雜散是指基站接收機天線連接處的由接收機內(nèi)部產(chǎn)生的或者放大的雜散輻射信號功率。這個要求應用于所有RX和TX天線分離的基站。

對于FDD基站，該項指標測試應在TX和RX都工作且TX接匹配負載的情況下進行。

對于TDD基站，該項測試應用于TX關(guān)閉的時隙。

該項指標一般不會成為接收機的瓶頸，主要考慮是否有內(nèi)部雜散信號耦合到被測量端口。

2.7 接收互調(diào)

三階或者更高階的兩個信號的混合非線性產(chǎn)物可能會落入有用信號帶內(nèi)。接收互調(diào)也是衡量一個接收機在存在兩個干擾信號時（干擾信號頻率和有用信號頻率相關(guān)，干擾信號為一個CW信號和一個E-UTRA信號），接收分配信道頻率有用信號的能力。

以宏站20M有用信號為例，存在互調(diào)和窄帶互調(diào)指標：

（1）接收互調(diào)：干擾信號CW和5M載波信號幅度都為-52dBm，干擾信號的三階互調(diào)產(chǎn)物會落入接收信號帶內(nèi)。

（2）窄帶互調(diào)：干擾信號CW和1RB（5ME_UTRA信號）幅度都為-52dBm，干擾信號的三階互調(diào)產(chǎn)物會落入接收信號帶內(nèi)。

這兩種情況，干擾信號和本振噪聲作用后的也會落入接收信號帶內(nèi)。

3 總結(jié)

協(xié)議上對接收機要求主要分為三大類：

（1）在沒有干擾情況下，接收機接收有用信號的能力，即接收機靜態(tài)靈敏度；

（2）在有干擾情況下，接收機接收有用信號的能力，此時允許接收機靈敏度比靜態(tài)惡化6dB；

（3）接收機和天線連接處的雜散水平。

一般對接收機鏈路指標（NF，Gain，OIP3，OIP5，相噪水平，整機濾波器帶外抑制）有限制的對應協(xié)議指標為：

（1）NF：接收靜態(tài)靈敏度。

（2）Gain：最小增益受限于接收靜態(tài)靈敏度和ADC的噪底水平；最大增益受限于鏈路允許的最大干擾信號（來自協(xié)議指標的動態(tài)范圍，ICS，ACS，窄帶阻塞，一般阻塞中的帶內(nèi)阻塞，接收互調(diào)，通常主要受限于帶內(nèi)阻塞，ACS和接收互調(diào)）和ADC的飽和功率。

（3）OIP3：ICS，ACS，接收互調(diào)。

（4）OIP5：窄帶阻塞和帶內(nèi)阻塞。

（5）相噪：ICS，ACS，接收互調(diào)，窄帶阻塞和帶內(nèi)阻塞。

（6）整機濾波器帶外抑制：帶外阻塞，特別是共站址阻塞。