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8-2014

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HF-Praxis 8/2014

HF-Technik Mischer mit

HF-Technik Mischer mit hohem IP für zellulare Anwendungen Das explosive Wachstum des zellularen Marktes in den letzten Jahren hat einen Bedarf für immer kleinere Infrastruktur- Ausrüstung für Anwendungen in Gebäuden und anderen raumbegrenzten Installationen geweckt, wo eine traditionelle, große Basisstation mit mehreren Racks nicht möglich ist. Bild 1: Blockdiagramm eines Transceivers Das Infrastruktur Equipment besteht aus digitaler Rufverarbeitung, und einer analogen Sender/ Empfänger-Sektion. Den HF- Teil eines typischen zellularen Transceivers zeigt Bild 1. Zellulare Kommunikationsverfahren verwenden viele verschiedene und komplexe Modulationsar- Unter Verwendung der Application Note „High IP3 Mixers for Cellular Applications“ von Hittite Microwave Corporation www.hittite.com Communications Standard Mobile Frequency (MHz) CDMA Rx: 460 - 468 869 - 894 1930 - 1990 2110 - 2170 Tx: 450 - 458 824 - 849 1850 - 1910 1920 - 1980 WCDMA (FDD ) Rx: 2110 - 2170 Tx: 1920 - 1980 (TDD ) 1900 - 1920 2010 - 2025 unpaired spectrum GSM/EDGE Rx: 460 - 468 488 - 496 869 - 894 925 - 960 1805 - 1880 1930 - 1990 Tx: 450 - 458 478 - 486 824 - 894 880 - 915 1710 - 1785 1850 - 1910 TDMA Rx: 869 - 894 1930 - 1990 Tx: 824 - 849 1850 - 1910 Tabelle 1: Populäre Zellulartelephon-Standards Channel Bandwidth (MHz) Modulation Scheme Peak to Average Power Ratio 1.25 QPSK/OQPSK 9 to 10 dB 5 QPSK 8 to 9 dB 0.2 GMSK 8-PSK (ED GE only) 1 to 2 dB 0.03 π/4 DQPSK 3 to 4 dB 24 hf-praxis 8/2014

HF-Technik Bild 2: Frequenzspektrum eines CDMA-Kanals Bild 4: SPECTRASYS Mischer-Parameter ten, um Sprache und Daten zu übertragen. Aus Tabelle 1 sind die charakteristischen Merkmale verschiedener populärer Zellular-Standards zu ersehen. Diese Standards verwenden Modulationsverfahren, welche die Spitzen-zu-Durchschnittsleistung des übertragenen Signals proportional zur Anzahl der übertragenen Kanäle erhöhen. Dies wiederum erfordert, dass der Empfänger eine hohe Linearität aufweisen muss, um Kanalverzerrungen zu minimieren. Bild 2 zeigt das Frequenzspektrum eines Einzelträger-CDMA- Signals. Der Hauptkanal enthält die gewünschte Information, die gesendet oder empfangen werden soll. Die „Schultern“ des Spektrums werden von Intermodulationsprodukten verursacht, die innerhalb des Kanals erzeugt werden. EVM (Error Vector Magnitude) und BER (Bit Error Rate), Parameter die zur Beurteilung und Messung der Qualität des digitalen Kanals üblich sind, werden durch Verzerrungen oder Interferenz im Kanal unterschiedlich beeinflusst. Nachbarkanäle, die mit der Frequenz in den „Schultern“ des CDMA-Kanals übereinstimmen, werden an Interferenzstörungen leiden, aufgrund der überschüssigen Energie in den „Schultern“. Das Nachbarkanal- Leistungsverhältnis (ACPR) ist ein Maß für die Höhe der Leistung in den Schultern relativ zur Leistung im Hauptkanal und dient auch als Maßstab für die Linearität des Kanals. Den größten Beitrag zur Kanalverzerrung in einem zellularen Empfänger liefern der Front- Bild 3: Schematisches Blockdiagramm für die Empfänger-Simulation End-LNA und der Mischer. Dieser Applikationsbereicht diskutiert die Leistungsanforderungen für Hochlinear-Mischer, die in einer zellularen Empfängerkette eingesetzt werden. Zellulares Empfänger- Front-end Um die Bedeutung der Mischer- Leistungsparameter in der zellularen Empfängerkette zu verstehen, wurde eine Simulation eines Empfänger Front-ends auf Systemebene mit Hilfe von SPECT- RASYS vorgenommen. Die System-Simulation ermöglichte es, die Effekte der Mischer-Nichtlinearität, das Nebenwellen-Verhalten und die Entkopplung im empfangenen Kanal gleichzeitig zu sehen. Das schematische Blockdiagramm, das in die Simulationssoftware eingegeben wurde, zeigt Bild 3. Die Simulation wurde erzeugt, um den Einfluss eines Interferenzsignals zu zeigen, das in das interessierende Frequenzband fällt, nachdem die Signale zum Empfänger heruntergemischt wurden. Das verwendete Mischer-Modell ermöglichte die Eingabe einer Tabelle, welche die Nebenwellen-Pegel, basierend auf dem gemessenen Mischerverhalten enthielt. Die Werte der Tabelle und die anderen Leistungsparameter (siehe Bild 4) wurden direkt dem Datenblatt des Mischers HMC400MS8(E) entnommen. Bild 5 zeigt die Ergebnisse der Simulation, so wie man sie am ZF-Ausgang des Mischers sieht. Für diese Simulation wurden folgende Frequenzen verwendet: • HF-Eingangsfrequenz: 1880 MHz • LO-Frequenz: 1780 MHz • Störfrequenz: 1830 MHz (am Hf-Mischereingang) Die 2 x 2-Nebenwelle, die vom LO und dem Interferenzsignal erzeugt wird, fällt direkt in die Mitte des empfangenen Kanals bei 100 MHz. Obwohl sie im Kanal-Spektrum selbst nicht sichtbar ist, verschlechtert sie EVM und BER. hf-praxis 8/2014 25

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