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深入了解射频参数：灵敏度、信噪比、发射功率及邻道泄漏分析

在无线通信领域，射频参数是保证通信系统性能的关键要素。本文将深入其中的几个重要参数，包括接收灵敏度、信噪比、发射功率以及邻道泄漏（ACLR/ACPR），并详细它们的含义及在实际应用中的作用。

一、接收灵敏度（Rx Sensitivity）

接收灵敏度是表征接收机性能的基本指标之一，指的是在不超过一定误码率的情况下，接收机能够识别的最低信号强度。随着通信技术的发展，如LTE时代的演进，我们不再使用传统的语音信道来衡量灵敏度，而是以用户实际感受到的吞吐量为标准。这标志着无线通信从电路交换时代向数据通信的转变。

二、信噪比（SNR）

信噪比反映了接收信号与背景噪声之间的比例关系。在通信系统中，有用信号通常是通信系统发射机发射的，而噪声的来源则广泛得多，包括自然噪声底等。自然噪声底是一个与通信系统类型无关的量，它是从热力学角度推算出来的，与温度有关。了解信噪比对于评估通信系统的性能至关重要。

三、发射功率（TxPower）

发射功率是表征发射机性能的重要指标之一。在无线通信中，信号需要经过空间的衰落才能到达接收机。更高的发射功率意味着更远的通信距离。了解发射功率对于通信系统的设计和优化至关重要。

四、邻道泄漏（ACLR/ACPR）

邻道泄漏是表征发射机性能的一个重要方面，主要是指发射机的信号泄漏到邻近信道中的部分，可以统称为“邻道泄漏”。ACLR和ACPR是描述这一现象的两种参数，它们都是描述本机对其他设备的干扰。在LTE系统中，ACLR的测试有两种设置，分别用于评估LTE系统对LTE系统以及LTE系统对UMTS系统的干扰。了解邻道泄漏对于通信系统的干扰管理和网络规划至关重要。

射频参数是无线通信系统的核心组成部分。了解这些参数的含义和作用对于设计、优化和管理无线通信系统至关重要。从接收灵敏度、信噪比、发射功率到邻道泄漏，每一个参数都反映了通信系统的性能和特点。在实际应用中，我们需要充分考虑这些参数的影响，以实现通信系统的最大化性能和最优化性能。在通信系统的不断演进过程中，一直以来都在追求一个目标实现平滑过渡，即在现有网络上升级改造进入下一代网络。在这个过程中，不同系统之间的干扰成为一个需要重点考虑的问题。

以LTE引入UTRA为例，这是在LTE与UMTS共存的情况下，对前代系统的射频干扰进行考虑的结果。调制谱（Modulation Spectrum）和切换谱（Switching Spectrum）在GSM系统中扮演着邻道泄漏的角色，它们的测量带宽并不是GSM信号的占用带宽。

调制谱主要衡量同步系统之间的干扰，而切换谱则衡量非同步系统之间的干扰。在GSM系统中，各小区之间是不同的，尽管它使用的是TDMA技术。相比之下，TD-SCDMA以及后来的TD-LTE，小区之间则是同步的。由于小区间不同步，A小区的上升沿或下降沿的功率泄漏可能落到B小区的payload部分，因此我们用切换谱来衡量此状态下发射机对邻信道的干扰。而在大多数时候，相邻小区的payload部分会在时间上交叠，这时候我们可以参考调制谱来评估发射机对邻信道的干扰情况。

再来说说SEM（Spectrum Emission Mask），它是一个带内指标，与spurious emission有所不同。SEM提供了一个频谱模版，我们在测量发射机带内频谱泄漏时，需要看是否超出了这个模版限值。它与ACLR有关系但也有区别，ACLR主要是考虑泄漏到邻近信道中的平均功率，而SEM反映的是以较小的测量带宽捕捉在邻近频段内的超标点。

EVM（误差矢量）是一个衡量实际信号与理想信号误差的指标，它可以有效地表达发射信号的质量。在802.11系统中，尤其是演进到802.11ac时，引入了256QAM的调制，这时候EVM的重要性就凸显出来了。做802.11系统的工程师会用EVM来衡量发射机的线性度。

从通信系统的演进过程来看，无论是GSM、UMTS还是LTE，都是以干扰最小化为目标。干扰是影响通信速率的第一大障碍，因此在演进过程中，总是致力于将干扰降到最低。而802.11系统则秉承TCP/IP协议的精神，以“尽最大能力的服务”为目标，灵活布网，信道宽度也灵活可变。

通信系统的演进是一个复杂而丰富的过程，需要考虑各种因素，包括干扰、线性度、频谱泄漏等。只有深入理解这些概念并持续优化，才能实现通信系统的平滑过渡，为未来的技术发展打下坚实的基础。蜂窝通信和局域网通信之间的差异，可以形象地比喻为打电话与上网的不同体验。当我们打电话而对方无法接通时，可能会感到焦虑，甚至会前往电信局寻求解决方案。而对于局域网网络不佳的情况，我们通常会选择耐心等待，因为设备正在努力进行纠错和重传。

这种差异决定了移动通信标准如3GPP系列和局域网通信标准如802.11系列的性能侧重点。3GPP系列主要关注ACLR（邻信道泄漏比）和ACPR（相邻频道功率比）等“频谱再生”性能，以应对复杂多变的移动通信环境。而802.11系列则倾向于通过调整速率来适应网络环境。当接收信号质量不佳时，接收机会通知发射机降低调制阶数，反之亦然。这一过程中，EVM（误差矢量幅度）起到了关键作用。

EVM是衡量无线发射机性能的重要指标，与接收机的解调效果紧密相关。在802.11系统中，EVM与SNR（信噪比）息息相关。通过降低EVM，可以提高SNR，从而改善接收性能。EVM的恶化主要是由发射机的非线性引起的，如PA（功率放大器）的AM-AM失真。EVM通常被用作衡量发射机线性性能的标志。

关于EVM与ACPR/ACLR的关系，虽然难以定义其定量关系，但可以从放大器的非线性角度看待它们之间的关联。放大器的AM-AM、AM-PM失真会扩大EVM，也是ACPR/ACLR的主要来源之一。这两者并不总是正相关。例如，在数字中频中常用的Clipping技术，虽然能降低ACPR/ACLR，但却会损害EVM，因为任何限幅或滤波方法都会对信号波形造成损伤。

PAR（信号峰均比）是通信系统中发射机频谱再生的另一个重要影响因素。峰值功率会将放大器推入非线性区从而产生失真。在GSM时代，由于GMSK调制的特性，PAR=0。随着通信技术的发展，峰均比逐渐增大，成为影响通信系统性能的重要因素。LTE的峰均比源自RB的突发性，而UMTS时代的WCDMA和CDMA则面临更高的峰均比挑战。

除了上述内容外，通信系统还面临各种干扰指标挑战。这些干扰指标包括Blocking、Desense和Channel Selectivity等。Blocking是一种古老的RF指标，涉及大信号对接收机的干扰。带内和带外的Blocking指标差异主要源于射频前端会有频带滤波器对带外Blocking进行抑制。

通信系统面临各种技术和环境挑战，需要不断优化和改进技术性能以适应不同的通信需求和环境条件。随着技术的不断发展，通信系统将会越来越成熟和稳定，为我们提供更好的通信体验。关于点频信号与调制信号的

在现实世界中，完全不带调制的点频信号并不多见。在工程上，为了简化处理，我们常常将其近似为点频，以替代各种复杂的窄带干扰信号。这样的处理是为了更好地理解和应对通信中的各种干扰现象。

对于解决Blocking的问题，主要依赖于RF（射频）的表现。简单来说，就是要提高接收机的IIP3（三阶互调截获点），扩大其动态范围。对于带外Blocking，滤波器的抑制度同样十分重要。滤波器的作用在于滤除不需要的信号，保持通信的纯净性。

接下来，我们来一下GSM系统特有的指标AM Suppression。这一指标描述的干扰信号是与GSM信号相似的TDMA信号，它与有用信号同步，但存在固定的delay。这种场景模拟了GSM系统中邻近小区的信号情况。从干扰信号的频偏要求大于6MHz（GSM带宽200kHz）来看，这种信号配置是很典型的邻近小区信号配置。AM Suppression反映了GSM系统在实际工作中，接收机对邻近小区的干扰容忍度。

再来说说Adjacent (Alternative) Channel Suppression (Selectivity)。我们将其统称为“邻信道选择性”。在蜂窝系统中，除了要考虑同频小区，还需要关注邻频小区。这是因为发射机的频谱再生会有信号落到相邻频率中。这种频谱再生与发射信号有相关性，如果同制式的接收机将这种再生频谱误认为是常用信号进行解调，就会产生所谓的“鹊巢鸠占”现象。

举个例子，如果两个相邻小区A和B是邻频小区（在实际组网中一般会避免这种情况，这里只是为了讨论极限场景），当注册到A小区的终端游走到两个小区的交界处，且两个小区的信号强度尚未达到切换门限，终端仍然保持与A小区的连接。如果B小区基站的ACPR（邻信道功率比）较高，那么终端接收到的信号中就会包含较高的B小区ACPR分量，这些分量与A小区的有用信号在频率上重叠。由于终端距离A小区基站较远，接收到的A小区有用信号强度较低，此时B小区ACPR分量就可能对原有用信号造成同频干扰。

Co-Channel Suppression (Selectivity)描述的是绝对的同频干扰，一般是指两个同频小区之间的干扰模式。在实际组网中，两个同频小区的距离应尽量远，以避免信号的彼此泄漏。

Blocking是“大信号干扰小信号”，RF在这方面还有周旋的余地；而AM Suppression、Adjacent (Co/Alternative) Channel Suppression (Selectivity)等指标准确地反映了“小信号干扰大信号”的情况，这更多地依赖于物理层算法的处理。

Single-tone Desense是CDMA系统的独有指标。其特点是干扰信号的single-tone是带内信号，与有用信号距离很近。这可能会产生两种信号落在接收频域内的情况。第一种是由于LO（本地振荡器）的近端相噪与干扰信号混频形成的信号会落在接收机基带滤波器的范围内。第二种是由于接收机系统中的非线性产生的交调产物可能同样落在接收频域之内，成为干扰。这一指标的起源与CDMA系统与原有的模拟通信系统AMPS共用同一频段有关。

场景一：

在无线通信系统中，线性放大器（LNA）的线性增益为18dB。当大信号输入使其达到P1dB时，增益降至17dB。如果忽略其他影响因素（如噪声系数），这种变化对系统的噪声系数影响有限。这是因为，虽然增益有所下降，但后级的噪声系数在计算整体噪声系数时，其影响主要体现在分母部分，因此对整个系统的灵敏度影响不大。

场景二：

在此场景中，前级LNA的IIP3（三阶互调截点）性能良好，未受影响。受影响的是第二级增益块，当干扰信号使其接近P1dB时，整个系统的噪声系数影响进一步减小。

对于这两个场景，我们可以深入线性放大器进入非线性区域的现象。除了教科书中提到的增益压缩，还有放大器内部的信号失真。这种失真包括两部分：一是放大器本身的非线性导致的频谱再生（谐波分量）；二是大信号对小信号的交叉调制。为了简化测试过程，我们可以考虑选取某些特定频点进行测试，这些频点在出现阻塞信号时，对有用信号的失真影响最大。

接下来，我们进一步讨论动态范围、温度补偿和功率控制等无线通信技术中的关键指标。这些指标在日常测试中可能不太显眼，但在某些极限条件下，它们的重要性便凸显出来。例如，发射机的动态范围涉及到最大和最小发射功率下的性能表现。在最大发射功率下，发射机输出逼近各级有源器件的非线性区，可能出现频谱泄漏和再生等问题。而在最小发射功率下，需要保障的是输出信号的信噪比。类似地，接收机的动态范围与参考灵敏度和接收机IIP3等指标相关。为了确保接收机的性能，我们需要关注其最大接收电平，并采取自动增益控制（AGC）等技术手段。

无线通信系统的性能表现涉及到众多复杂因素。为了确保系统的稳定性和可靠性，我们需要深入理解并掌握相关的技术和指标。在此基础上，我们可以进一步优化系统设计，提高系统的整体性能。这是一种独特且富有创新性的设计理念，它体现在接收机RF链路上，旨在确保输入到接收机ADC的有用信号保持在动态范围之内，同时保持SNR高于解调门限。这种设计思想并非追求SNR的极致，而是注重在合适的水平上保持信号的质量，这是一种极其精明的策略。

当输入信号幅度较大时，前级LNA会巧妙地降低增益、减少噪声系数(NF)并提升三阶互调截点(IIP3)；而当输入信号较弱时，LNA则会提高增益、减小NF并降低IIP3。这种动态调整确保无论信号强弱，都能维持系统的稳定性和性能。

值得一提的是，我们通常只在发射机进行温度补偿，因为高温和低温都会影响接收机链路的性能。在高温环境下，接收机的增益可能会降低，NF可能会升高；而在低温环境下，情况则相反。由于接收机的特性是对小信号敏感，因此这些变化都在系统冗余范围内。

对于发射机的温度补偿，可以进一步细分为对发射信号功率准确度的补偿以及对发射机增益随温度变化的补偿。在现代通信系统中，发射机一般进行闭环功率控制，其功率准确度主要取决于功控环路的准确度。对于功控环路，由于其温度稳定性较高，通常不需要进行温度补偿，除非存在温度敏感器件。

更为常见的是对发射机增益进行温度补偿。这种补偿有两种目的：一是确保RF链路增益在一个特定范围内，当基带IQ功率固定而温度发生变化时，系统输出的RF功率也能保持稳定；二是为了满足某些系统（如数字预失真系统）对DAC输出信号的要求，需要精确控制整个RF链路的增益。

为了实现温度补偿，常见的方法包括使用可变衰减器或放大器。在精度要求较低的情况下，温补衰减器较为常见；而在精度要求更高的场合，通常会采用温度传感器结合数控衰减器/放大器以及生产校准的方法。

讲完动态范围和温度补偿后，我们来一个紧密相关的且非常重要的概念功率控制。在大多数通信系统中，功率控制是一项必不可少的功能。不同的通信系统中，如3GPP、CDMA和LTE系统，功率控制都是关键的一环。功耗控制和干扰抑制是功率控制的主要目的。

在移动通信中，由于距离变化和干扰电平的不同，需要保持"足够让对方接收机准确解调"的信号强度。对于手机这样的以电池供电的终端来说，每一毫安电流的消耗都需要精打细算。而干扰抑制则是为了满足像CDMA这样的共享载频系统中，不同用户间的信号能够公平地共享资源，避免高功率用户淹没低功率用户的信号。CDMA系统通过发出功控指令给每个终端，使得每个用户的空口功率保持一致，从而实现干扰抑制。

我们还提到了一个与功率控制相关的概念干扰受限系统。以CDMA系统为例，理论上它的容量几乎是无限的，但在实际中，由于用户码不可能完全正交，噪声会随着用户数量的增加而增加，直到超过解调门限。这意味着CDMA系统的容量实际上是由干扰（噪声）所限制的。

这一设计思想体现了对通信系统中各种因素的深入理解和巧妙处理，旨在确保系统的稳定性和性能的实现对资源和功耗的精细化管理。GSM系统并非一个受干扰限制的系统，而是一个在时间和频率领域受到约束的系统。它的容量限制主要体现在频率资源上，每个载频只有200kHz的宽度，同时在时域资源上，每个载频只能容纳有限数量的TDMA用户共享。相对于其他系统，GSM系统的功率控制要求较为宽松，其步长较为粗略，调整周期也相对较长。

接下来，我们进一步发射机的功率控制与射频（RF）设计之间的关系。许多同行在闭环功率控制测试中可能遇到过挑战，但很少有人意识到，在RF设计中，功率控制实际上受到多种因素的影响。

对于射频而言，如果功率检测（反馈）环路设计得当，那么我们在发射机的闭环功率控制方面需要关注的主要问题是发射机的带内平坦度。这是因为发射机的校准通常只在有限的几个频点上进行，尤其是在生产测试中。在实际工作场景中，发射机可能会在频段的任何载波上工作。

典型的生产校准过程会涵盖发射机的高中低频点校准，这确保了在校准频点上，发射功率是精确的，因此闭环功率控制也是准确无误的。如果发射机的发射功率在整个频段内分布不均，某些频点的发射功率与校准频点有较大偏差，那么以校准频点为基准的闭环功率控制在这些偏差较大的频点上可能会出现较大误差，甚至失效。

这种情况的出现，主要是因为发射机的带内平坦度不佳导致的。当发射功率在频段内分布不均时，意味着某些频点的信号强度可能过强或太弱。这对于通信系统来说是个大问题，因为接收端可能无法准确信号，导致通信质量下降。要确保GSM系统的稳定运行，除了关注功率控制外，还需要重视RF设计，尤其是发射机的带内平坦度。这对于提高整个系统的性能和质量至关重要。希望本文的内容能对大家有所帮助，更多深入的知识和技术细节，还需在实际工作和学习中进一步和实践。