1、GSM減小相位誤差的方法how to lower phase error in gsm handset design 李航 摘要 相位誤差(Pe)是GSM手機四項非常重要的RF電氣指標之一，減小相位誤差對提高手機的話音質量有重大的意義。本文介紹在GSM手機設計中，減小相位誤差的方法。關鍵詞 GSM手機；相位誤差Pe (phase error)1 引言 GSM手機不論是在研發、生產還是在維修中，有四項RF電氣指標肯定是必須測量的，中有三項是發射指標，即：射頻輸出功率、頻率誤差、相位誤差，還有一項是接收指標即靈敏度。相位誤差(pe)是一項非常重要的指標。在歐洲gsm的電信標準中規定：pe的峰值不得

2、大于20度、有效值不得大于5度。當pe指標有問題時，輕則會影響話音質量(失真度變大或有咯咯聲)、嚴重時則會使手機脫離gsm服務網。2 Pe的定義 要想提高某項指標的水平，首先是必須了解那一項指標的定義。Pe的定義是：它是指I路(同相)與Q路(正交)之間的相位平衡度(phase balance)，換句話說即是：I與Q之間的正交性誤差(quadrature error)。若某一時刻Pe的采樣點設為Pe (j)，根據歐洲電信標準GSM11.10則有： max pe (j) 20 rms pe (j) = nj =1pe2 (j)/n1/2 5 , j1，2，3， n，n294 (1) GSM手機綜測

3、儀在測量和計算pe時，采樣時間一般取當前的10個突發(burst)長度(一個burst長度等于 577微秒)。 3 減小pe的方法 3.1發射部分的方案考慮 目前主要有兩種方案：一種是上變頻方案；另一種是0ffset頻率方案。這兩種方案的差別在于rf已調信號的形成方法：前者是通過傳統的由if到rf的頻譜搬遷，而后者則是通過增加一個if pll，用其輸出來控制一個專用的發射vc0，從而達到實現rf調制信號的目的。從性能來看，后一方案的頻率誤差和pe較小；從電路的復雜程度來看，前一方案簡單；從綜合的性能價格比來看，后一方案具有優勢，故現在絕大多數的手機都采用offset頻率方案，這有利于減小頻率誤

4、差 和pe。詳細的方案可參閱有關的技術文獻，在此不再進一步地說明。3.2頻率合成器參考頻率fr的選擇 =t , d=td+dt , =2f 從上式可以看出：在頻率誤差d相同的情況下，降低頻率有利于減小d，因而可減小pe。手機的fr有兩種選擇：13mhz或26mhz，從減小pe的角度來考慮，選13mhz為好。3.3在iq正交調制器的輸入端采用lpf 該LPF一般采用無源RC型LPF。在GSM體制中，傳輸每一個bit的時間是3.69微秒，故傳輸速率是10003.69270.8kbps。在理論上，GMSK的調制頻譜要利用調制bit的無限隨機序列再通過復雜的計算來得到。理論和實際測量都表明：GMSK調

5、制頻譜的60dB帶寬為330KHz，在此帶寬內的頻譜已包含了絕大部分的能量，因此選LPF的截止頻率為330KHz是合 適的。我們可采用圖1所示的一階RC LPF電路。其截止頻率的計算公式為： rc2100022010-120.44s 截止頻率1000(2)1000(6.28 0.44)362KHz (注：在工作頻段內，電容呈現的阻抗應為幾千歐姆左右)3.4IQ正交調制器采用雙端輸入、輸出方式 與單端方式相比較，雙端方式可以降低串話(cross-talk)干擾，減小噪聲和pe。要采用雙端輸入、輸出方式，肯定會遇到單端與雙端之間的轉換問題，為了降低成本，一般均用無源 器件來完成轉換，常采用的電路是

6、lg網絡或balun(一種平衡不平衡轉換傳輸線變壓器)。現介紹一下如何設計lg型單端雙端轉換電路。電路如圖2所示。該電路的特點是：共用了7個lg元件，其成本比采用balun要低，但指標比采用balun要差一點。具體采用何種電路，得由設計者根據情況來確定。在圖2中，由ll、cl組成lpf，其輸出的電壓滯后于電流；l2和c2組成hpf，其相位輸出特性與lpf相反，即輸出電壓超前于電流；c3、c4在工作頻率范圍內呈現交流短路，同時隔離直流電壓；l3對中心工作頻率的阻抗等于與它相匹配器件的阻抗。對于e-gsm體制，發射的工作頻率為880915mhz，中心頻率為8975mhz。由lg一階lpf和hpf截

7、止頻率的計算公式： fc12(lc)1/2915mhz(lpf) fc12(lc)1/2880mhz(hpf) 若取c122pf(并臂阻抗取一百至數百歐姆左右)，則l11376nh。若取c2c1，則l21488nh。取值處理：對于lpf為了保證有一定的頻率設計余量，fc應加大一點即l1要減小一點，而對于hpf則相反。在工程中我們可取l1為12nh，l2為15nh。對于900mhz工作頻段，可取c3c422pf(呈交流短路幾個歐姆)。若無特別說明，一般雙端rf的阻抗為250100，由此可算出： l3=zl/2f=100(23.14x897.5106) =17.74nh(實際可取18nh) 對于工

8、作在其它頻率點的轉換電路，同樣可采用上述方法計算出各個元件的參數。3.5直流和交流偏置 IQ正交調制器的直流偏置電平和交流輸入電平相當于器件的靜態和動態工作點。若工作點不對，則肯定會對指標造成不良影響。一般gsm手機iq正交調制器的直流偏置電乎為1.01.4v，雙端交流輸入電乎為0810vpp。還有一個重要問題是itsp(同相端)、itxn(反相端)、qtxp qtxn它們之間的交流電平平衡度問題，一般要求平衡度誤差小于20mv。若該誤差變大，則會使調制頻譜的邊帶指標變差，從而導致pe變大。 (注：一般iq交流電平的幅度可用示波器來測量，但在研發和維修中還可采用一個更為簡便和實用的方法，即用數

9、字萬用表的ac200mv檔來測量，同樣可獲得很高的相對測量精度。用vc9801型萬用表通過和示波器進行對比測量后，得出換算系數為1658(連續測量有8個timeslot)。例如：若萬用表測得的單端交流電壓為40mv，則實際上那一腳的單端交流對地電壓為：401658528mvpp)3.6 頻率合成器的輸出頻譜和直通效應 在gsm手機中用于調制的頻率合成器，其諧波抑制指標一般要優于30dbc。調制器的直通效應（feed through effect即vc0的輸出載波直接作用于調制器的輸出端）要小。若這兩項要求不能滿足的話，則會降低調制器輸出頻譜的質量，從而引起pe變大。3.7 IQ時延調整 根據數

10、學計算公式：t，當頻率一定時，若改變時間同樣可改變相位。根據這一理論基礎，通過物理層軟件來控制i路或q路基帶信號的時延，可對pe進行補償校正。3.8IQ正交調制器工作頻率的選擇 若僅從減小pe的角度來考慮，選取較低的調制工作頻率是有利的。現在gsm手機用于正交調制的調制頻率一般選取在150300mhz之間。若采用簡單的一次調制即由基帶信號直接調制到rf工作頻率，則pe指標很難保證，而且對整機的電磁屏蔽要求也非常高。3.9 EMC設計 良好的emc設計對于保證pe指標是極為重要的。emc設計主要采用三項措施：接地、屏蔽和濾波。在gsm手機內采用大面積接地、地線層、匯流條來降低接地阻抗。在電磁屏蔽設計中，屏蔽材料的選擇是非常重要的。屏蔽效果取決于所選材料的吸收損耗指標，而該指標與材料相對導磁率的平方根、與材料相對電導率的平方根成正比。因此，選取具有高的相對導磁率和相對電導率的材料能獲得好的電磁屏蔽效果。當然屏蔽材料的選擇還要考慮到加工成型工藝、加工難度和成本。3.10 PA部分的設計 目前有兩種pa方案可供選擇：開環方案(無功率檢測)和閉環方案(有功率檢測)。在pe指標方面這兩種方案沒有優劣之分。在pa電路的設計中，有時會出現這樣的現象：小功率輸出時，pe