第二章自动增益控制系统简介 ◆Output power 水… Noise floor Fundamental Distortion Input power (a) ◆SNDR Input power (b) 图2-7不同接管点带来的不同信噪比 优化接管点，使得输出谐波和输出噪声对信噪比的贡献相同，那么此时的信 噪比最大。就接收机本身而言，输出的噪声是比较容易预测的：但是输出的非线 性失真，特别是因为带外干扰交调产生的非线性失真的大小，和具体的使用环境 和带外干扰的情况有关。因此需要在干扰严重的地区使用较小的接管点优化线性 度性能，在干扰微弱的地区使用较大的接管点优化噪声性能。 简而言之，根据环境不同使用可调的接管点可以优化输出的信噪比。图2-7 中三个自动增益环路的接管点（即其目标输出功率）是根据协议中规定的线性度 模型确定的：当实际使用时的带外干扰大小和协议中规定的有差别时，自动增益 控制的接管点可调以便取得最大的信噪比。 2.3.线性度指标的计算 2.3.1.线性度模型简介 确定接收机或者中频部分线性度性能的原则是，任何非线性引入的交调量不 8
第二章 自动增益控制系统简介 18 图 2-7 不同接管点带来的不同信噪比 优化接管点，使得输出谐波和输出噪声对信噪比的贡献相同，那么此时的信 噪比最大。就接收机本身而言，输出的噪声是比较容易预测的；但是输出的非线 性失真，特别是因为带外干扰交调产生的非线性失真的大小，和具体的使用环境 和带外干扰的情况有关。因此需要在干扰严重的地区使用较小的接管点优化线性 度性能，在干扰微弱的地区使用较大的接管点优化噪声性能。 简而言之，根据环境不同使用可调的接管点可以优化输出的信噪比。图 2-7 中三个自动增益环路的接管点(即其目标输出功率)是根据协议中规定的线性度 模型确定的；当实际使用时的带外干扰大小和协议中规定的有差别时，自动增益 控制的接管点可调以便取得最大的信噪比。 2.3. 线性度指标的计算 2.3.1. 线性度模型简介 确定接收机或者中频部分线性度性能的原则是，任何非线性引入的交调量不
第二章自动增益控制系统简介 使得信号的信噪比低于解调所需的最小信噪比。常见的非线性对信号引入的干扰 分为三类。A,信号中各个子频带之间交调产生的交调量：B,信号与带外干扰 交调产生落入带宽内的交调量：C,带外干扰之间交调产生落入信号带宽内的交 调量。三类情况如图2-8所示。 Desired Desired Out band Desired Out band channel channel interferers channel interferers B.IM caused C.IM caused A.IM caused by signals by signal and interferer by interferers 图2-8交调量的三种成因 对于A,B和C三种情况，主要分析A和C两种情况，即分析信号中各个 子频带之间交调产生的交调量和带外干扰和带外干扰交调的交调量。这两种情况 下，A情况不考虑大的带外干扰，C情况考虑大的带外干扰，能够代表中频部分 滤波器前（有大的带外干扰）和滤波器后（没有大的带外干扰）的信号情况。而 且，由于在最坏情况下带外干扰的能量是远大于信号本身的能量的，因此B情 况中的交调量，即信号与带外干扰交调产生的交调量应当会小于C情况中的交 调量。出于从最坏情况考虑的原则，下文省略了B情况的计算。 2.3.2.带外线性度的计算 2.3.2.1.带外千扰的大小 估计带外干扰大小的线性度模型L2 model如表2-5所示2.3][2.4]. Modulation of Interferer U/D(dB) U(dBm) interferer location Analog N+2,N+4 45 -20 U:interferer power D:desired channel power 表2-5带外干扰的线性度模型 表2-5表示假定与所需频道相隔1个和3个channel的位置上存在模拟调 制的干扰信号，如下图右所示。干扰信号的大小假定比所需信号大45dB,但是 9
第二章 自动增益控制系统简介 19 使得信号的信噪比低于解调所需的最小信噪比。常见的非线性对信号引入的干扰 分为三类。A，信号中各个子频带之间交调产生的交调量；B，信号与带外干扰 交调产生落入带宽内的交调量；C，带外干扰之间交调产生落入信号带宽内的交 调量。三类情况如图 2-8 所示。 Desired channel Desired channel Out band interferers X X Desired channel Out band interferers X A. IM caused by signals B. IM caused by signal and interferer C. IM caused by interferers 图 2-8 交调量的三种成因 对于 A，B 和 C 三种情况，主要分析 A 和 C 两种情况，即分析信号中各个 子频带之间交调产生的交调量和带外干扰和带外干扰交调的交调量。这两种情况 下，A 情况不考虑大的带外干扰，C 情况考虑大的带外干扰，能够代表中频部分 滤波器前（有大的带外干扰）和滤波器后（没有大的带外干扰）的信号情况。而 且，由于在最坏情况下带外干扰的能量是远大于信号本身的能量的，因此 B 情 况中的交调量，即信号与带外干扰交调产生的交调量应当会小于 C 情况中的交 调量。出于从最坏情况考虑的原则，下文省略了 B 情况的计算。 2.3.2. 带外线性度的计算 2.3.2.1. 带外干扰的大小 估计带外干扰大小的线性度模型 L2 model 如表 2-5 所示[2.3][2.4]。 Modulation of interferer Interferer location U/D (dB) U (dBm) Analog N+2,N+4 45 -20 U: interferer power D: desired channel power 表 2-5 带外干扰的线性度模型 表 2-5 表示假定与所需频道相隔 1 个和 3 个 channel 的位置上存在模拟调 制的干扰信号，如下图右所示。干扰信号的大小假定比所需信号大 45dB，但是
第二章自动增益控制系统简介 干扰信号的最大值不超过-20dB。由此可以画出干扰信号功率和输入信号功率 的关系如图2-9所示。其中横轴为输入信号，纵轴为干扰信号。用公式表示为 (Pn.signal +45dB (Pn.signal <-65dBm) (2.2) -20dBm (in.iga≥-65dBm) Possible interference power -20 (dBm) 个 -30◆ SNR requirement: 40◆ Signal power -50◆ IM3 (dBm) 一●●●一●●●一◆一● Signal Interference -9080-70-60-504030-20 channelo channel 2 channel 4 图2-9带外干扰可能的位置及功率 因为带外干扰的功率有可能比所需频道信号的功率强很多，如果仅仅根据所 需信号的能量设定放大器的增益，可能会使得放大器输出超出设计允许值的功 率，从而阻塞放大器的输出级以及放大器的后级电路。在实际的自动增益控制电 路中，控制环路会根据信号带宽内的总功率设定放大器的增益。因此，为了得到 不同增益下放大器的线性度指标，需要给出放大器所需的线性度和放大器输入总 功率的关系。这一总功率将包括所需频带的功率和对应大小的带外干扰信号。 2.3.2.2.调谐器的带外线性度计算 首先，忽略所需频带的功率，假设输入总功率为两处带外干扰的功率之和， 由线性度模型的规定容易得到对应于某一个输入总功率，可能的最小的输入信 号，如下图所示。用公式表示为 Pin.signal Pn.otal-48dB (Pn.total 2-42dBm) (2.3) -90dBm (Pn.1otal <-42dBm) 采用双音测试(two-tone test)的公式计算带外干扰产生的三阶交调量[2.5]， 即 IP3=Poutinter FoutlM3Pe 2 (2.4) 假设两个带外干扰交调产生的三阶交调量落入带内，而我们希望信号的信噪 比仍然大于解调所需的最小信噪比SNR。那么有 Pout.signal-Pou.IM3 SNRmin (2.5) 20
第二章 自动增益控制系统简介 20 干扰信号的最大值不超过−20dBm。由此可以画出干扰信号功率和输入信号功率 的关系如图 2-9 所示。其中横轴为输入信号，纵轴为干扰信号。用公式表示为 in,signal in,signal in,inter in,signal 45dB ( 65dBm) 20dBm ( 65dBm) P P P P ⎧ + <− ⎪ = ⎨ ⎪ − ≥− ⎩ (2.2) 图 2-9 带外干扰可能的位置及功率 因为带外干扰的功率有可能比所需频道信号的功率强很多，如果仅仅根据所 需信号的能量设定放大器的增益，可能会使得放大器输出超出设计允许值的功 率，从而阻塞放大器的输出级以及放大器的后级电路。在实际的自动增益控制电 路中，控制环路会根据信号带宽内的总功率设定放大器的增益。因此，为了得到 不同增益下放大器的线性度指标，需要给出放大器所需的线性度和放大器输入总 功率的关系。这一总功率将包括所需频带的功率和对应大小的带外干扰信号。 2.3.2.2. 调谐器的带外线性度计算 首先，忽略所需频带的功率，假设输入总功率为两处带外干扰的功率之和， 由线性度模型的规定容易得到对应于某一个输入总功率，可能的最小的输入信 号，如下图所示。用公式表示为 in,total in,total in,signal in,total 48 ( 42 ) 90 ( 42 ) P dB P dBm P dBm P dBm ⎧ − ≥− = ⎨ − <− ⎩ (2.3) 采用双音测试(two-tone test)的公式计算带外干扰产生的三阶交调量[2.5]， 即 out,inter out,IM3 3 in,inter 2 P P IIP P − = + (2.4) 假设两个带外干扰交调产生的三阶交调量落入带内，而我们希望信号的信噪 比仍然大于解调所需的最小信噪比SNRmin 。那么有 P P SNR out,signal out,IM3 min − ≥ (2.5)
第二章自动增益控制系统简介 由以上三个式子可以得到 1 IP3-2(Pne-Pw)+ 、1 (P-P+SNR)+P (PP+SNR)+P (3Pnmter-P+SNRm) 1 (2.6) -2(3(P-3)-Pmw+SNRmn) 1 P+SNR+19.5dB 2 (Pin.ota≥-42dBm） +SNR+40.5dB (P<-42dBm) 如果认为SNRmin为30dB,可以画出接收机所需P3和输入总功率大小的 关系如图2-10所示。 20 a■P3 10 -Signal 0 Interference 40 50 60 -100 -90 -80 -70-60 50 -40 30 -20 Input Power(dBm) 图2-10调谐器带外线性度指标和输入总功率的关系 由图2-10可见输入信号和干扰的总功率为-20dBm时，对整个调谐器的线 性度要求最高可以达到+14.5dBm。如果需要输入更大的功率或者要求输出信号 的信噪比更高，还需要更高的线性度。 21
第二章 自动增益控制系统简介 21 由以上三个式子可以得到 ( ) ( ) ( ) ,int , 3 ,int ,int , min ,int ,int , min ,int ,int , min , , min , 1 3 2 1 2 1( ) 2 1(3 ) 2 1(3 3 ) 2 1 out er out IM in er out er out signal in er in er in signal in er in er in signal in total in signal in total IIP P P P P P SNR P P P SNR P P P SNR P P SNR P = −+ ≥ −+ + = −+ + = −+ = −− + + = min , , min , 19.5 ( 42 ) 2 3 1 40.5 ( 42 ) 2 2 in total in total in total SNR dB P dBm P SNR dB P dBm ⎧ + ≥− ⎪⎪ ⎨ ⎪ + + <− ⎪⎩ (2.6) 如果认为 SNRmin为 30dB，可以画出接收机所需 IIP3 和输入总功率大小的 关系如图 2-10 所示。 图 2-10 调谐器带外线性度指标和输入总功率的关系 由图 2-10 可见输入信号和干扰的总功率为−20dBm 时，对整个调谐器的线 性度要求最高可以达到+14.5dBm。如果需要输入更大的功率或者要求输出信号 的信噪比更高，还需要更高的线性度
第二章自动增益控制系统简介 2.3.2.3.预放大器的带外线性度计算 预放大器与接收机可能的输入功率范围不同，因为低噪声放大器和两个混频 器会提供从10dB到40dB的增益。低噪声放大器和两个混频器的带宽均不止四 个channel的宽度，因此预放大器的输入中包含的带外干扰可能没有受到任何衰 减，仍然可能比信号本身高45dB。因此预放大器对应于L2 model的计算和接 收机的计算是十分相似的。 假设预放大器的输入总功率范围是-65dBm到-10dBm。这一范围考虑了低 噪声放大器和两个混频器提供的增益，并且给了一定的裕量。容易得到某一个输 入总功率情况下，可能输入有用信号功率，如下图所示。用公式表示为 ∫Pin.ota-48dlB(Pintot≥-13dBm) (2.7) -61dB (Pintota<-13dBm） 类似上一节中的计算，根据(2.4)(2.5)有 IP3PPPm 2 心、7 (Pr-Pou+SNR)+(P-3dB) (2.8) Ru+gs 2SNRm +19.5dB (Pinota≥-13dBm） 1 SNRmnin +26dB (Pn.total <-13dBm) 如果认为SNRmin为30dB,可以画出预放大器所需P3和输入总功率大小 的关系如图2-11所示。 由图2-11可见输入信号和干扰的总功率为-10dBm时，对预放大器的线性 度要求最高可以达到+24.5dBm。如果需要输入更大的功率或者输出信号的信噪 比更高，还需要更高的线性度。 由于抗混叠滤波器对带外干扰的抑制作用，后置放大器中的可变增益放大器 和跟随器在接收到的干扰功率不会大于目标功率本身，因此简单的认为这些模块 对带外线性度的要求和带内线性度一致。 22
第二章 自动增益控制系统简介 22 2.3.2.3. 预放大器的带外线性度计算 预放大器与接收机可能的输入功率范围不同，因为低噪声放大器和两个混频 器会提供从 10dB 到 40dB 的增益。低噪声放大器和两个混频器的带宽均不止四 个 channel 的宽度，因此预放大器的输入中包含的带外干扰可能没有受到任何衰 减，仍然可能比信号本身高 45dB。因此预放大器对应于 L2 model 的计算和接 收机的计算是十分相似的。 假设预放大器的输入总功率范围是−65dBm 到−10dBm。这一范围考虑了低 噪声放大器和两个混频器提供的增益，并且给了一定的裕量。容易得到某一个输 入总功率情况下，可能输入有用信号功率，如下图所示。用公式表示为 in,total in,total in,signal in,total 48 ( 13 ) 61 ( 13 ) P dB P dBm P dB P dBm ⎧ − ≥− = ⎨ − <− ⎩ (2.7) 类似上一节中的计算，根据(2.4)(2.5)有 out,inter out,IM3 in,inter in,inter in,signal min in,total in,total min in,total in,total min in,total 3 2 1( )( 3 ) 2 1 19.5 ( 13 ) 2 3 1 26 ( 13 ) 2 2 P P IIP P P P SNR P dB P SNR dB P dBm P SNR dB P dBm − = + ≥ −+ +− ⎧ + + ≥− ⎪⎪ = ⎨ ⎪ + + <− ⎪⎩ (2.8) 如果认为 SNRmin 为 30dB，可以画出预放大器所需 IIP3 和输入总功率大小 的关系如图 2-11 所示。 由图 2-11 可见输入信号和干扰的总功率为−10dBm 时，对预放大器的线性 度要求最高可以达到+24.5dBm。如果需要输入更大的功率或者输出信号的信噪 比更高，还需要更高的线性度。 由于抗混叠滤波器对带外干扰的抑制作用，后置放大器中的可变增益放大器 和跟随器在接收到的干扰功率不会大于目标功率本身，因此简单的认为这些模块 对带外线性度的要求和带内线性度一致