无线通信 | 射频发射机和发射机性能指标

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本节目录

一、射频发射机 二、射频发射机的性能指标 1、输出功率（Pout） 2、功率控制（Power Control） 3、频率指标 4、非线性产物指标 5、频谱模板 6、杂散 7、调制质量 

本节内容
一、射频发射机
发射机（Transmitter，TX）的主要功能是调制、上变频、功率放大。目的是把基带信号进行调制并变频到规定的频段，并且使其有足够的功率发射出去。
二、射频发射机的性能指标
发射机发射质量的好坏必须要有指标来衡量和保证，这些指标就是发射机的性能参数。这些指标大致可以归结为三类：功率指标，如输出功率、功率控制，都属于功率指标范畴；频率指标，如工作频段、频率误差；非线性产物指标，如频谱模板、杂散、调制质量等，用来衡量信号的轮廓等是否发生畸变，信号是否标准。
1、输出功率（Pout）
射频发射电路最主要的目的便是传递功率，以一定的功率强度对信号进行传输。输出功率通常有峰值功率（Peak Power）和平均功率（Average Power）。
峰值功率，信号在时域观察时不一定都是恒定包络（如幅度），一段时间内的功率也不是恒定的，峰值功率就是以一定概率出现的瞬间功率的最大值，是瞬时功率。
平均功率，是指某个时间段内的功率平均值，也是稳态功率。
射频发射机通常需要关注最大平均功率，简称最大功率，在指定频段的指定带宽内的总功率的最大值。在天线口测试的系统规定的最大发射功率，确保最大发射功率符合规范要求，过大的功率可能干扰其他信道（其他用户）、降低系统容量（降低用户数量），甚至干扰其他通信系统。
2、功率控制（Power Control）
系统都要对功率进行调整，建立通信连接时，WCDMA的开环功率控制（Opening Loop Power Control，OLPC）；在连接过程中，WCDMA的内环功率控制（Inner Loop Power Control，ILPC）；Wi-Fi根据信号强度对速率的调整。对功率的调整都是功率控制。
开环功率控制，指用户设备（手机）发射机根据基站的广播控制信道（BCCH）和下行链路收到的公共导频信道（CPICH）的信息，使用物理随机接入信道（PRACH）调整上行链路发送功率的能力。在手机建立连接前，根据基站的指示和环境监测，手机发出试探功率的调整能力。为了控制用户设备在保证能够和基站通信的前提下，发射最小的试探功率，过大的试探功率将会降低系统的容量（降低用户数量）。
内环功率控制，指用户设备在通信过程中，根据下行链路收到的发射功率控制（Transmit Power Control，TPC）命令去调整发射功率的能力。手机在通信过程中，根据基站的指示动态调整发射功率的能力。验证用户设备的内环功率控制能力，不合格的内环功率控制将降低系统的容量（降低用户数量）。
3、频率指标
频率指标包括工作频段（Operating Band）、信道带宽（Channel Bandwidth）和频率误差（Frequency Error）。
工作频段，任何一个无线通信系统都有规定的工作频率，这个工作频率的区间就是工作频段或频率范围（Band）。各个信道（Channel）也有自己的信道频率范围。
频率误差，指已调载波的频率和理想载波频率的差值。衡量发射机载波频率精确度的指标。验证发射载波频率的频率误差是否符合要求，较大的频率误差会增加上行链路（发射）的发送错误。
4、非线性产物指标
非线性产物指标包括频谱模板、杂散、调制质量等。非线性是有源器件的重要特性。功率放大器，其特性曲线并不是纯线性的，在某一段近似线性的范围内使用，超过这一范围就会产生很多非线性产物。
当一个信号输入到非线性电路时，其输出就不再是一个单独的信号，不仅包含基波分量，还有诸如二次谐波、三次谐波、四次谐波等各次谐波分量。由非线性引起的几个产物或现象主要有谐波、杂散、增益压缩、阻塞、交叉调制、互调干扰等。

谐波，ω为基波，2ω和3ω为二次谐波和三次谐波，以及N次谐波Nω。

5、频谱模板
承载调制信息的射频载波都有特定的频率响应，这个响应就是频谱图，也称为频谱模板。实际上，频谱模板主要为了测试发射机信道外的包络，也就是杂散（有害信号）。
距离载波中心频率一定距离的带外（信道外）杂散频谱能量，信道外有害功率的频谱图。
确保发射杂散频谱符合要求，若发射杂散的频谱超出规范要求，会对其他信道或通信系统造成干扰。
6、杂散
杂散分为带内杂散和带外杂散。杂散的成分复杂，包括谐波、交调、互调，以及其他非线性产物。带内杂散，在工作频段内，该信道（Channel）产生而落在其他信道上的杂散信号。带外杂散，是指落在工作频段外的杂散，有时也指落在信道外的杂散。
7、调制质量
由于器件的非线性因素（信号在频率和幅度变化上不呈线性关系）导致调制信号和理想信号有误差，除了产生杂散还会导致信号畸变。
对于恒包络已调信号（信号的幅度不变），调制时可以用频率误差和相位误差来衡量调制质量。
对于非恒包络已调信号，因为有幅度上的变化，通常用 EVM（Error Vector Magnitude）来衡量调制质量，EVM 中文名叫矢量幅度误差，简称为矢量误差。

矢量误差（EVM）是指发射信号的矢量与理想无误差信号的矢量差。波形误差，即发射波形和理论波形之间的差值，用矢量表示。验证发射机的调制性能，过大的矢量误差会增加上行链路的发送错误。