RRU接收机系统设计(一)

就从噪声谈起：

接收机是基站射频子系统（RRU）架构中十分重要的组成部分；接收机系统指标有很多，但是要深入理解接收机系统各个指标关系，噪声就显得尤为重要，因为深入解析时，时时刻刻都在围绕着噪声与有用信号之间的关系展开，比如灵敏度、ACS、阻塞、互调干扰抑制等指标，都是围绕计算噪声功率和干扰电平的关系推导出。所以本文从噪声角度分析典型接收机指标分析，以TD-SCDMA为例分析相关指标。

1. 噪声系数NF

定义：输入信号的信噪比/输出信号的信噪比

       

如果取对数，则NF=10logF；我们一般计算都是指对数值。只有在计算级联噪声系数时，需要先进行线性值计算，计算结果再取对数。关于理论任何教科书讲的太多，这里不多累述，重要的理解讲到。需要强调的是：系统噪声系数是相对于自然293k下热噪声经过该接收系统后的“放大”情况衡量；即系统热噪声输出相对于自然热噪声大1dB，那么系统NF=1dB；比如LNA，它的自身热噪很小，输出噪声基本上仍然噪声；输入的热噪声经LNA输出，那么NF就会很小，一般只有0.XdB。噪声电平也和温度相关，所以有噪声温度的概念，温度高了噪声也会升高。本文指293K（20℃）下的噪声。

 2.无源有耗网络的NF

无源有耗网络如双工器、衰减网络等部分。由于这些器件本

是无源的，可以认为其等效热噪声电阻为零，所以它仅仅是对输入信号进行了衰减，不论输入的是有用信号还是噪声。只有输入噪声是自然噪底时，它的输出噪声还是自然噪底。综上，对于无源有耗网络的噪声系数NF，其输出信号相当于有用信号衰减了L（插损），自然噪底前后未变，相当SNR恶化了L，所以其NF =L。

3.接收系统灵敏度指标

   以TD-SCDMA接收系统为例计算，各项指标如下表列出：

    TDS的灵敏度指标要求不大于-113dbm/1.28M。接收增益是因为TDS测试速率为12.2Kbps，在7个时隙中1个传输，信号占用1.28M带宽，故Kgp=10log（1280000/12200*7）;WCDMA也类似存在。  

      

其中，C/I = E/N – Kgp。而用C/I代替表达更为普遍，E/N为信号的解调门限，如QPSK调制方式的解调门限仿真结果为5.8dB，信号解调时由于存在扩频增益，结果就是可以理解为进一步降低了噪声，使得灵敏度指标降低。所以有的书上写的TDS的解调门限为-5.9，实际指的是C/I。

灵敏度公式含义如下：

上面的表格中，计算的静态灵敏度为-114.8dbm/1.28M，此时接收系统设计的NF为4dB，这个需要由前端双工器插损+环形器接收通道插损+大功率开关插损+第一级LNA 的NF（TDD系统）来保证。协议要求的-113dbm灵敏度要求，NF可以放宽至5.9dB，但是一般设计都要比协议要求高一些，留够余量。

注意：所谓的静态灵敏度，就是指接收系统除了有天线口热噪及自身系统噪声外，无外来干扰噪声的影响。

 4.干扰噪声下的抑制要求

接收系统设计，一般会考虑如下三种场景的干扰噪声情况：

 ACS干扰

 阻塞干扰

 互调干扰

在3GPP协议中，对于这些干扰都有干扰的类型和输入干扰电平的明确规定。如互调干扰规定两个干扰信号类型，一个为CW（连续波）干扰，一个为同类型宽带干扰（如TDS宽带干扰），干扰距离有用信号中心偏移量为B和2B，电平大小-52dbm等等；

同时，还存在规定，如果这些干扰存在，对于灵敏度恶化不超过3dB；设计中就可以通过灵敏度的恶化后电平值，推算出新的干扰电平要求值，从而得出相应的器件抑制指标要求。

ACS干扰 ---推算出信道滤波器的抑制要求；

阻塞干扰 ---带内阻塞依靠数字滤波器，带外阻塞依靠双工器 和射频滤波器抑制；

互调干扰 ---带外滤波器及接收通道IIP3提出要求；

同时，还要考虑接收机系统（超外差架构）几个特殊的杂散相应点，一般归纳有：

半中频点   --- （RF+LO）/2（混频器的2*2指标提出要求）

镜像频点   ---  RF+/-Lo（镜像滤波器指标保证）

本振谐波+IF --- nLo +/-IF （本振谐波要求）

5.ADC的选择

一个完整的接收机系统，必然经过接收模拟链路后，进入数模

理想的ADC采样，其SNR= 6.02N +1.76 ，N就是ADC的有效位数，一般量化采样的介绍都有这个公式的推导。

比如ADC的有效位数为10，那么可以推算出ADC SNR = 62dB；

ADC位数增加1位，SNR增加6dB；

ADC输出的总噪声分为两部分，一部分为接收系统热噪声通过ADC采样后的系统噪声，一部分为ADC自身产生的噪声；

如下详细地计算出各个噪声指标。

    1.ADC输出系统噪声：ADC满刻度假如5dbm，接收链路模拟增益40dB，那么数模混合增益为40-5=35dB；-108.9 +35= -73.9dbfs

  2.ADC自身的噪声：0-SNR-10log（fs/2B），其中10log（fs/2B），就是一个Nyquist带宽的噪声折算到带宽B的噪声增益；

   3.ADC输出总噪声= ADC输出系统噪声 +ADC自身噪声。这里的“+”需要特别注意，这是线性功率相加，结果再进行对数功率换算。

从上述计算结果可以看出，一个10位的ADC，就可以满足灵敏度-113dbm的要求。ADC自身的噪声，对于灵敏度的影响为1.8dB。