手机设计的灵敏度考虑

手机的灵敏度考虑 在为GSM/GPRS(全球移动通信系统/通用分组无线业务)选择收发器时，ROM、尺寸，特性和性能显然是主要的参量。在整个系统所需的最低性能指标和收发器的性能确定后，收发器性能量度实际上变化很大。当考虑大量技术指标时，系统灵敏度往往被列举为手机差异和显著的品质因数。因此，灵敏度是对最终产品有影响的最重要之一。 灵敏度的意义在于贯通接收链路元件并扩展到无线设计。有关网络和手机性能的任何讨论，往往返回到GSM无线电和它的灵敏度性能上。 灵敏度定义 概念上，系统灵敏度定义为:在输出给出特定的SNR(信噪比)或BER(误码率)情况下，天线端口所需最小功率。CSM 3GPP技术中，GSM系统的参考灵敏度是对专门信道条件和BER确定的。然而，正如“参考灵敏度”术语所暗指的那样，这仅仅是通过FTA(全认证)所需的最低要求。这些不是手机制造商或供应商所需的最低要求。制造满足GSM最低范围的手机和可以大量制造手机并满足用户需要是截然不同的。 在产品阶段，手机制造商集中在灵敏度性能方面，国为它关系到制造设计、生产极限和手机呼叫质量。手机设计人员希望选择能使手机有较高灵敏度的元件。为使手机产量提高，生产极限应考虑相关组装线引起的灵敏度变化，这包括机械损耗、元件老化、电路线迹和PCB变化以及其他工作条件(如温度)变化。无线设计也能显著地影响灵敏度性能。内部天线正在流 行，但这也增加了设计困难。天线的安装、尺寸、形状因数和性能往往要综合考虑电话的机械要求。 QoS 手机制造商和网络运营商都集中在灵敏度上，因为它直接影响手机呼叫质量。概念上，手机比其他装置更能灵敏地接收更小的信号，具有良好的语音清晰度和较小的呼叫破坏(如服务利用率问题和掉语)。实际上，良好的灵敏度在给定的小区内能改善手机的覆盖区域，并提供抗扰性。随着消费者陆上通讯线偏爱蜂窝电话，对改善QoS(服务质量)的期望值增加。同时，网络运营商继续扩展他们的覆盖区域，它们必须尽量处理好掉话问题。 特别是在北美，消费者提到掉话是他们选择运营商的最重要的依据。这推动了运营商和很多手机制造商对掉话的研究。结果是运营商对手机制造加严了灵敏度要求。当高频段工作时，静态灵敏度性能(在PCB天线端口测量)-106~-107dBm一旦被接受，运营商现在正在推出-108~-109dBm灵敏度。这个困难的要求，对于公司整个产品供应链有很大的关联。幸亏现在有可选择的无线电元件，使手机设计满足这些严格的性能指标。 灵敏度参量 为了很好地了解元件级的灵敏度，描述接收链中MDS(最小可检测信号)关系是有用的。MDS表示为: MDS=KTBF×(S/N)min (1) 其中K是波耳兹曼常数(1.38×10-23J/oK)，T是系统的温度(oK)，B是系统带宽，F是系统噪声因数，S/Nmin是基带处理器正确解调所接收数据所需的最小SNR。 因为在系统设计中参考天线处有效功率的灵敏度更有效，所以重新定义方程1为: 灵敏度=10log(KT)+10log(B)+10log (F)+10log(S/N)min (2) 以(2)式我们看到:10Log(KT)定义在290oK(17?)时，热噪声低值等于-174dBm/Hz。在噪声低于此值时，测量测试设备给定的典型分辨率可能是费力的。 接收带宽确定跨越所希望信号能量的频率宽度。其选择是考虑邻信道性能和基带处理器所需SNR之间的折衷。收发器和基带都有性能不同的滤波器。结合起来，提供一个集成滤波器，为所希望的无线信道选择合适的频率范围。最佳170KHz带宽导致10Log(170×10)=52.3dB。 10Log (S/N)min确定基带系统的SNR。此最低需求随基带供应商而异。当收发器把信息呈现到基带时，它是模拟I和Q格式。从这种格式，基带系统需要重建原来的数字信号，并用语音或数据编译码器译码数字信息。为了保证成功的解调，规定最低SNR要求(通常为6dB)。 当噪声因数(F)表示为功率，由10Log(F)给出时，则可以用来确定接收链路中的系统损耗，这包括前端元件的损耗(L)和收发器的NF(噪声系数)。为了理解这些损耗的原义，参见图1所示GSM无线电信号流图。在接收工作期间，ASM(天线开关模块)直向来自天线的输入信号到合适的SAW滤波器，以便频带选择。ASM和SAW滤波器对被接收的信号有一IL(插入损耗)，必须考虑IL。在SAW和收发器间要输入匹配，以使从SAW输出到收发器LNA输入的功率或电压最大。然后，收发器下变频RF信号到中频，进一步混频降到基带频率(或直接转换到DC)，并选择合适的接收信道。做为此工作的一部分，收发器使被接收信号降低，这包括由NF确定的输入匹配的影响。然后，语音和数据信息通过收发器和基带之间的接口。 图1也示出接收通路中每个元件对灵敏度的影响。此方程式的简化结果是直观的。基带选择类似于有的软件系统选择。为使灵敏度最大，手机设计人员可以集中于三个RF单元:ASM、SAW和收发器。表1给出典型 的元件参量。 从表1可见ASM的典型IL小于1dB。在占位面积减小50%以上时，IL最好仅改善0.3dB。实际上，零点几dB也是重要的。SAW尺寸已大大减小，每个频带IL改善约为1.7~2.0dB。考虑ASM和SAW以及这些器件所受的限制，其基片实现和尺寸更能驱动此技术。在注意产品的性能和IL差别时，在现有产品和下一代方案之间的改进不会超过0.3dB。 用简化的灵敏度方程式，若前端元件IL插入值最佳和基带有6dB SNR，则可以得到另外的结果。当收发器认为无损耗时，对于GSM无线电得到的结果是-113.3dB理论的灵敏度基值。此结果也是重要的，由于能满足严格的运营商对灵敏度的要求，很明显，必须仔细地选择收发器。整个NF性能也随输入匹配而变化，并直接与温度有关。需要LNA具有高输入增益，以便给出最好的NF。但这配合所需的良好线性度来满足其他GSM严格的性能指标，如闭锁测试和互调特性。收发器NF性能随供应商 而异，但需要有最好的收发器NF性能，因为它是对灵敏度性能贡献最大的元件。 强调收发器对灵敏度的影响，现在最好生产手机具有-109dBm高频带灵敏度。找到具有-106dBm灵敏度的生产手机也是可能的。一些下一代收发器已使高频灵敏度改进到-110dBm。 结语 随着制造商继续寻求电话的变异和手机满足消费者的需求，下一步制约因数在于RF设计。同时，随着网络运营商寻求扩展他们的覆盖范围和严格其要求，这对灵敏度性能有一种复合影响。灵敏度仍然是最重要参量之一，手机和收发器设计人员继续选择最佳元件满足灵敏度要求。