GSM減小相位誤差的方法

1、GSM減小相位誤差的方法how to lower phase error in gsm handset design 李航 摘要 相位誤差(Pe)是GSM手機(jī)四項(xiàng)非常重要的RF電氣指標(biāo)之一，減小相位誤差對(duì)提高手機(jī)的話音質(zhì)量有重大的意義。本文介紹在GSM手機(jī)設(shè)計(jì)中，減小相位誤差的方法。關(guān)鍵詞 GSM手機(jī)；相位誤差Pe (phase error)1 引言 GSM手機(jī)不論是在研發(fā)、生產(chǎn)還是在維修中，有四項(xiàng)RF電氣指標(biāo)肯定是必須測(cè)量的，中有三項(xiàng)是發(fā)射指標(biāo)，即：射頻輸出功率、頻率誤差、相位誤差，還有一項(xiàng)是接收指標(biāo)即靈敏度。相位誤差(pe)是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。在歐洲gsm的電信標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：pe的峰值不得

2、大于20度、有效值不得大于5度。當(dāng)pe指標(biāo)有問(wèn)題時(shí)，輕則會(huì)影響話音質(zhì)量(失真度變大或有咯咯聲)、嚴(yán)重時(shí)則會(huì)使手機(jī)脫離gsm服務(wù)網(wǎng)。2 Pe的定義 要想提高某項(xiàng)指標(biāo)的水平，首先是必須了解那一項(xiàng)指標(biāo)的定義。Pe的定義是：它是指I路(同相)與Q路(正交)之間的相位平衡度(phase balance)，換句話說(shuō)即是：I與Q之間的正交性誤差(quadrature error)。若某一時(shí)刻Pe的采樣點(diǎn)設(shè)為Pe (j)，根據(jù)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)GSM11.10則有： max pe (j) 20 rms pe (j) = nj =1pe2 (j)/n1/2 5 , j1，2，3， n，n294 (1) GSM手機(jī)綜測(cè)

3、儀在測(cè)量和計(jì)算pe時(shí)，采樣時(shí)間一般取當(dāng)前的10個(gè)突發(fā)(burst)長(zhǎng)度(一個(gè)burst長(zhǎng)度等于 577微秒)。 3 減小pe的方法 3.1發(fā)射部分的方案考慮 目前主要有兩種方案：一種是上變頻方案；另一種是0ffset頻率方案。這兩種方案的差別在于rf已調(diào)信號(hào)的形成方法：前者是通過(guò)傳統(tǒng)的由if到rf的頻譜搬遷，而后者則是通過(guò)增加一個(gè)if pll，用其輸出來(lái)控制一個(gè)專用的發(fā)射vc0，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)rf調(diào)制信號(hào)的目的。從性能來(lái)看，后一方案的頻率誤差和pe較小；從電路的復(fù)雜程度來(lái)看，前一方案簡(jiǎn)單；從綜合的性能價(jià)格比來(lái)看，后一方案具有優(yōu)勢(shì)，故現(xiàn)在絕大多數(shù)的手機(jī)都采用offset頻率方案，這有利于減小頻率誤

4、差 和pe。詳細(xì)的方案可參閱有關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)，在此不再進(jìn)一步地說(shuō)明。3.2頻率合成器參考頻率fr的選擇 =t , d=td+dt , =2f 從上式可以看出：在頻率誤差d相同的情況下，降低頻率有利于減小d，因而可減小pe。手機(jī)的fr有兩種選擇：13mhz或26mhz，從減小pe的角度來(lái)考慮，選13mhz為好。3.3在iq正交調(diào)制器的輸入端采用lpf 該LPF一般采用無(wú)源RC型LPF。在GSM體制中，傳輸每一個(gè)bit的時(shí)間是3.69微秒，故傳輸速率是10003.69270.8kbps。在理論上，GMSK的調(diào)制頻譜要利用調(diào)制bit的無(wú)限隨機(jī)序列再通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算來(lái)得到。理論和實(shí)際測(cè)量都表明：GMSK調(diào)

5、制頻譜的60dB帶寬為330KHz，在此帶寬內(nèi)的頻譜已包含了絕大部分的能量，因此選LPF的截止頻率為330KHz是合 適的。我們可采用圖1所示的一階RC LPF電路。其截止頻率的計(jì)算公式為： rc2100022010-120.44s 截止頻率1000(2)1000(6.28 0.44)362KHz (注：在工作頻段內(nèi)，電容呈現(xiàn)的阻抗應(yīng)為幾千歐姆左右)3.4IQ正交調(diào)制器采用雙端輸入、輸出方式 與單端方式相比較，雙端方式可以降低串話(cross-talk)干擾，減小噪聲和pe。要采用雙端輸入、輸出方式，肯定會(huì)遇到單端與雙端之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，為了降低成本，一般均用無(wú)源 器件來(lái)完成轉(zhuǎn)換，常采用的電路是

6、lg網(wǎng)絡(luò)或balun(一種平衡不平衡轉(zhuǎn)換傳輸線變壓器)?，F(xiàn)介紹一下如何設(shè)計(jì)lg型單端雙端轉(zhuǎn)換電路。電路如圖2所示。該電路的特點(diǎn)是：共用了7個(gè)lg元件，其成本比采用balun要低，但指標(biāo)比采用balun要差一點(diǎn)。具體采用何種電路，得由設(shè)計(jì)者根據(jù)情況來(lái)確定。在圖2中，由ll、cl組成lpf，其輸出的電壓滯后于電流；l2和c2組成hpf，其相位輸出特性與lpf相反，即輸出電壓超前于電流；c3、c4在工作頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)交流短路，同時(shí)隔離直流電壓；l3對(duì)中心工作頻率的阻抗等于與它相匹配器件的阻抗。對(duì)于e-gsm體制，發(fā)射的工作頻率為880915mhz，中心頻率為8975mhz。由lg一階lpf和hpf截

7、止頻率的計(jì)算公式： fc12(lc)1/2915mhz(lpf) fc12(lc)1/2880mhz(hpf) 若取c122pf(并臂阻抗取一百至數(shù)百歐姆左右)，則l11376nh。若取c2c1，則l21488nh。取值處理：對(duì)于lpf為了保證有一定的頻率設(shè)計(jì)余量，fc應(yīng)加大一點(diǎn)即l1要減小一點(diǎn)，而對(duì)于hpf則相反。在工程中我們可取l1為12nh，l2為15nh。對(duì)于900mhz工作頻段，可取c3c422pf(呈交流短路幾個(gè)歐姆)。若無(wú)特別說(shuō)明，一般雙端rf的阻抗為250100，由此可算出： l3=zl/2f=100(23.14x897.5106) =17.74nh(實(shí)際可取18nh) 對(duì)于工

8、作在其它頻率點(diǎn)的轉(zhuǎn)換電路，同樣可采用上述方法計(jì)算出各個(gè)元件的參數(shù)。3.5直流和交流偏置 IQ正交調(diào)制器的直流偏置電平和交流輸入電平相當(dāng)于器件的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)。若工作點(diǎn)不對(duì)，則肯定會(huì)對(duì)指標(biāo)造成不良影響。一般gsm手機(jī)iq正交調(diào)制器的直流偏置電乎為1.01.4v，雙端交流輸入電乎為0810vpp。還有一個(gè)重要問(wèn)題是itsp(同相端)、itxn(反相端)、qtxp qtxn它們之間的交流電平平衡度問(wèn)題，一般要求平衡度誤差小于20mv。若該誤差變大，則會(huì)使調(diào)制頻譜的邊帶指標(biāo)變差，從而導(dǎo)致pe變大。 (注：一般iq交流電平的幅度可用示波器來(lái)測(cè)量，但在研發(fā)和維修中還可采用一個(gè)更為簡(jiǎn)便和實(shí)用的方法，即用數(shù)

9、字萬(wàn)用表的ac200mv檔來(lái)測(cè)量，同樣可獲得很高的相對(duì)測(cè)量精度。用vc9801型萬(wàn)用表通過(guò)和示波器進(jìn)行對(duì)比測(cè)量后，得出換算系數(shù)為1658(連續(xù)測(cè)量有8個(gè)timeslot)。例如：若萬(wàn)用表測(cè)得的單端交流電壓為40mv，則實(shí)際上那一腳的單端交流對(duì)地電壓為：401658528mvpp)3.6 頻率合成器的輸出頻譜和直通效應(yīng) 在gsm手機(jī)中用于調(diào)制的頻率合成器，其諧波抑制指標(biāo)一般要優(yōu)于30dbc。調(diào)制器的直通效應(yīng)（feed through effect即vc0的輸出載波直接作用于調(diào)制器的輸出端）要小。若這兩項(xiàng)要求不能滿足的話，則會(huì)降低調(diào)制器輸出頻譜的質(zhì)量，從而引起pe變大。3.7 IQ時(shí)延調(diào)整 根據(jù)數(shù)

10、學(xué)計(jì)算公式：t，當(dāng)頻率一定時(shí)，若改變時(shí)間同樣可改變相位。根據(jù)這一理論基礎(chǔ)，通過(guò)物理層軟件來(lái)控制i路或q路基帶信號(hào)的時(shí)延，可對(duì)pe進(jìn)行補(bǔ)償校正。3.8IQ正交調(diào)制器工作頻率的選擇 若僅從減小pe的角度來(lái)考慮，選取較低的調(diào)制工作頻率是有利的?，F(xiàn)在gsm手機(jī)用于正交調(diào)制的調(diào)制頻率一般選取在150300mhz之間。若采用簡(jiǎn)單的一次調(diào)制即由基帶信號(hào)直接調(diào)制到rf工作頻率，則pe指標(biāo)很難保證，而且對(duì)整機(jī)的電磁屏蔽要求也非常高。3.9 EMC設(shè)計(jì) 良好的emc設(shè)計(jì)對(duì)于保證pe指標(biāo)是極為重要的。emc設(shè)計(jì)主要采用三項(xiàng)措施：接地、屏蔽和濾波。在gsm手機(jī)內(nèi)采用大面積接地、地線層、匯流條來(lái)降低接地阻抗。在電磁屏蔽設(shè)計(jì)中，屏蔽材料的選擇是非常重要的。屏蔽效果取決于所選材料的吸收損耗指標(biāo)，而該指標(biāo)與材料相對(duì)導(dǎo)磁率的平方根、與材料相對(duì)電導(dǎo)率的平方根成正比。因此，選取具有高的相對(duì)導(dǎo)磁率和相對(duì)電導(dǎo)率的材料能獲得好的電磁屏蔽效果。當(dāng)然屏蔽材料的選擇還要考慮到加工成型工藝、加工難度和成本。3.10 PA部分的設(shè)計(jì) 目前有兩種pa方案可供選擇：開(kāi)環(huán)方案(無(wú)功率檢測(cè))和閉環(huán)方案(有功率檢測(cè))。在pe指標(biāo)方面這兩種方案沒(méi)有優(yōu)劣之分。在pa電路的設(shè)計(jì)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：小功率輸出時(shí)，pe