LTE協議中接收指標

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，但是接收機的設計應該符合那些設計要求，這些設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鍵指標分解。

2 接收協議要求

以下沒有特別說明都是以協議中宏站20M帶寬為例進行說明。

2.1 接收靜態靈敏度

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

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

所以，要滿足協議靜態靈敏度的要求，接收機NF<5.5dB。

這里隱含了一個對接收鏈路增益的要求，假設目前我們可用的ADC的噪聲為NoiseADC(dBm/Hz)，鏈路設計時我們往往希望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？對于靜態靈敏度來說，確實是ADC前增益越大，ADC對系統噪聲的貢獻越小。

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，將在下面幾個小節中體現。

除該小結的場景外，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 動態范圍

動態范圍是衡量，在接收帶內存在干擾的場景下，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門限的，SNR=-70.2-（-76.4）=6.2dB。

2.3 ICS

ICS（In-channel selectivity，帶內選擇性）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-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，Fc為信道中心頻點。

需要考慮干擾信號自身通過鏈路后產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物會落入接收有用信號帶內，因此該場景是用來評估接收機非線性，一個是鏈路產生的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）。

對于大多數頻段，以20M有用信號為例，帶內的范圍為：有用信號頻段加上上下各擴展20M范圍，該范圍內，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，帶內帶外范圍稍有區別，主要在于有的band的上行和下行頻段間距不足20M，因此稍有區別。

帶內阻塞信號最近離有用信號會間隔一個信道，因此帶內干擾信號的五階非線性產物會落入有用信號帶內。因此該場景是用來評估接收機非線性，一個是鏈路產生的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。

帶內阻塞信號是接收指標里接收帶內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部產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，主要考慮是否有內部雜散信號耦合到被測量端口。

2.7 接收互調

三階或者更高階的兩個信號的混合非線性產物可能會落入有用信號帶內。接收互調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，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，存在互調和窄帶互調指標：

（1）接收互調：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產物會落入接收信號帶內。

（2）窄帶互調：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產物會落入接收信號帶內。

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。

3 總結

協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）有限制的對應協議指標為：

（1）NF：接收靜態靈敏度。

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

（3）OIP3：ICS，ACS，接收互調。

（4）OIP5：窄帶阻塞和帶內阻塞。

（5）相噪：ICS，ACS，接收互調，窄帶阻塞和帶內阻塞。

（6）整機濾波器帶外抑制：帶外阻塞，特別是共站址阻塞。