LTE协议中接收指标

文/王许旭

1 概述

无线通信中，RRU（射频拉远单元）中接收机是重要的一个组成部分，但是接收机的设计应该符合那些设计要求，这些设计要求怎么对应到接收机链路指标的，这是本文要回答的问题。

本文主要是对LTE协议中接收指标的进行梳理和分析，最后引申到对接收链路关键指标分解。

2 接收协议要求

以下没有特别说明都是以协议中宏站20M带宽为例进行说明。

2.1 接收静态灵敏度

接收灵敏度是指基站在吞吐量大于等于95%，接收机接收有用信号的功率，不同带宽的要求不同，以宏站20M带宽信号为例，灵敏度要求为-101.5dBm，这里的接收灵敏度是在没有干扰情况下的接收机能力，一般又称作静态灵敏度。

其中有用信号FRCA1-3为25RB的QPSK信号，带宽为BW=180k*25=4.5MHz

根据灵敏度公式Pmin=-174+10*log（BW）+NF+SNR（基带解调门限，对QPSK一般为-0.5）

所以，要满足协议静态灵敏度的要求，接收机NF<5.5dB。

这里隐含了一个对接收链路增益的要求，假设目前我们可用的ADC的噪声为NoiseADC(dBm/Hz)，链路设计时我们往往希望ADC的噪声不要影响到整个链路，因此希望ADC前的噪声N前端>>NoiseADC，一般工程上会取N前端-NoiseADC>13dB（即ADC噪声对整个链路噪声的贡献为0.2dB）。其中N前端=-174+NF前端+GainADC前，所以这里对GainADC前有一个最小值的要求。这就是接收机最小链路增益的要求。

那是不是链路增益越大越好呢？对于静态灵敏度来说，确实是ADC前增益越大，ADC对系统噪声的贡献越小。

那有没有增益上限的限制呢？答案是肯定的，这个上限和链路允许的最大输入信号有关，将在下面几个小节中体现。

除该小结的场景外，其他接收指标的场景均为有干扰信号情况下，接收机的能力，需要考虑干扰信号下，是否会饱和接收链路，特别是ADC。

2.2 动态范围

动态范围是衡量，在接收带内存在干扰的场景下，接收机接收有用信号的能力，干扰信号为AWGN（加性高斯白噪声）。有用信号幅度为-70.2dBm，干扰信号幅度为-76.4dBm。

此场景下，协议中有用信号FRCA2-3为25RB的16QAM信号，带宽为4.5M，干扰信号带宽也为4.5M，和有用信号重叠。这个指标是用来衡量接收机解调门限的，SNR=-70.2-（-76.4）=6.2dB。

2.3 ICS

ICS（In-channel selectivity，带内选择性）是用来衡量，当存在接收更大功率谱密度的干扰信号时，在接收机分配的资源块位置接收有用信号的能力。要求干扰信号为-77dBm时，能够解调-98.5dBm的有用信号。

此场景下，有用信号A1-3为25RB的QPSK信号，带宽为4.5M，干扰信号和有用信号分别位于Fc的两侧，Fc为信道中心频点。

需要考虑干扰信号自身通过链路后产生的落入有用信号的非线性噪声信号是否会影响此时的灵敏度。一个是链路产生的IM3；另一个是链路本振相噪带来的倒易混频噪声。

2.4 ACS和窄带阻塞

ACS（Adjacent_Channel Selectivity，邻道选择性）是用来衡量，当接收信道邻道存在干扰信号的情况下，在接收信道频率接收有用信号的能力。当干扰信号幅度为-52dBm时，可以解调有用信号幅度小于-95.5dBm。

此场景下，有用信号A1-3为25RB的QPSK信号，带宽为4.5M，干扰信号中心频点距离有用信号最高或最低频点间距为+/-2.5025M，干扰信号为5ME-UTRA信号。

ACS这个场景下，干扰信号的三阶非线性产物会落入接收有用信号带内，因此该场景是用来评估接收机非线性，一个是链路产生的IM3；另一个是链路本振相噪带来的倒易混频噪声。

窄带阻塞要求干扰信号幅度为-49dBm时，可以解调有用信号幅度小于-95.5dBm。

窄带阻塞的干扰信号为只包含1个RB的E-UTRA信号，该RB的中心频率与有用信号最高或最低频点间距为+/-（342.5+m*180）kHz，其 中 m=0，1，2，3，4，9，14，19，24，干扰信号所在信道为5M，与有用信号基站RF带宽边缘相邻，该场景与ACS类似，只是将干扰信号的25RB，换成1RB，且该场景下，需要移动RB在干扰信道的位置来测量。

噪声的源头，一个是链路产生的IM5～IMn；另一个是链路本振相噪带来的倒易混频噪声。

2.5 阻塞

2.5.1 一般阻塞

阻塞特性是用来衡量，当存在非期望干扰信号的情况下，在接收信道频率接收有用信号的能力，干扰信号分为带内阻塞（为1.4MHz，3MHz或5MHz E-UTRA信号）和带外阻塞信号（CW信号）。

对于大多数频段，以20M有用信号为例，带内的范围为：有用信号频段加上上下各扩展20M范围，该范围内，干扰信号中心最近离有用信号边缘为7.5M，干扰信号幅度为-43dBm，干扰信号为5ME-UTRA类型；带外阻塞范围为 1MHz～（FUL_low-20）MHz和（FUL_high-20）MHz～12750MHz，干扰信号为-15dBm的CW信号。

对于特殊频段，带内带外范围稍有区别，主要在于有的band的上行和下行频段间距不足20M，因此稍有区别。

带内阻塞信号最近离有用信号会间隔一个信道，因此带内干扰信号的五阶非线性产物会落入有用信号带内。因此该场景是用来评估接收机非线性，一个是链路产生的IM5；另一个是链路本振相噪带来的倒易混频噪声带来的影响。

带内阻塞信号是接收指标里接收带内定义的干扰信号最大的场景（共站址阻塞除外，是因为带外阻塞有滤波器的抑制），所以需要考虑是否饱和整个接收链路，特别是ADC。

带外阻塞信号主要考量滤波器的抑制水平。

2.5.2 共站址阻塞

阻塞特性中附加的阻塞要求，是为了保护该工作基站与工作在别的频段其他基站共址。

干扰信号频段是其他频段发射机下行频段，幅度为+16dBm，类型为CW。

该要求的前提时，干扰信号发射机与共址的同类型的有用信号接收机之间的耦合损耗为30dB。

该项指标主要会对基站的双工器提出较严的指标。

2.6 接收杂散

接收机杂散是指基站接收机天线连接处的由接收机内部产生的或者放大的杂散辐射信号功率。这个要求应用于所有RX和TX天线分离的基站。

对于FDD基站，该项指标测试应在TX和RX都工作且TX接匹配负载的情况下进行。

对于TDD基站，该项测试应用于TX关闭的时隙。

该项指标一般不会成为接收机的瓶颈，主要考虑是否有内部杂散信号耦合到被测量端口。

2.7 接收互调

三阶或者更高阶的两个信号的混合非线性产物可能会落入有用信号带内。接收互调也是衡量一个接收机在存在两个干扰信号时（干扰信号频率和有用信号频率相关，干扰信号为一个CW信号和一个E-UTRA信号），接收分配信道频率有用信号的能力。

以宏站20M有用信号为例，存在互调和窄带互调指标：

（1）接收互调：干扰信号CW和5M载波信号幅度都为-52dBm，干扰信号的三阶互调产物会落入接收信号带内。

（2）窄带互调：干扰信号CW和1RB（5ME_UTRA信号）幅度都为-52dBm，干扰信号的三阶互调产物会落入接收信号带内。

这两种情况，干扰信号和本振噪声作用后的也会落入接收信号带内。

3 总结

协议上对接收机要求主要分为三大类：

（1）在没有干扰情况下，接收机接收有用信号的能力，即接收机静态灵敏度；

（2）在有干扰情况下，接收机接收有用信号的能力，此时允许接收机灵敏度比静态恶化6dB；

（3）接收机和天线连接处的杂散水平。

一般对接收机链路指标（NF，Gain，OIP3，OIP5，相噪水平，整机滤波器带外抑制）有限制的对应协议指标为：

（1）NF：接收静态灵敏度。

（2）Gain：最小增益受限于接收静态灵敏度和ADC的噪底水平；最大增益受限于链路允许的最大干扰信号（来自协议指标的动态范围，ICS，ACS，窄带阻塞，一般阻塞中的带内阻塞，接收互调，通常主要受限于带内阻塞，ACS和接收互调）和ADC的饱和功率。

（3）OIP3：ICS，ACS，接收互调。

（4）OIP5：窄带阻塞和带内阻塞。

（5）相噪：ICS，ACS，接收互调，窄带阻塞和带内阻塞。

（6）整机滤波器带外抑制：带外阻塞，特别是共站址阻塞。