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详细解读ACLR和ACPR

2024-01-23 射频学堂 阅读:
今天射频学堂将和大家一起抽丝剥茧一个射频指标——ACLR。
在射频设计中,我们经常会遇到各种各样的系统指标,比如EVMVSWR,NF,ACLR等等,这么多的缩写搞得人云里雾里,尤其是对很多刚入门的同学来说,不懂这些缩写的意思,有时候很难理解大牛们在说什么?
今天射频学堂再和大家一起抽丝剥茧一个射频指标——ACLR
ACLR的定义
和其他的指标一样,ACLR也是一个英语全称的缩写——Adjacent Channel Leakage Ratio, 看到全称之后是不是意思就明了了:邻道泄露比
还有一个和它一样意思的射频指标,叫做ACPR,全称 Adjacent Channel Power Ratio,邻道功率比。
虽然名称不同,但是ACLR和ACPR所表示的意思是一样的,都是指主信道功率和相邻信道功率的比值。一般情况下,在基站设计中,常采用ACLR作为系统指标,而终端设计中,常采用ACPR作为系统指标。
在一个射频系统的工作频带OBW内,可以分为多个信道,每个信道载波的带宽称为CBW,当其中一个信道作为主信道工作的时候,由于系统非线性的影响,载波信号会泄露在相邻信道,主信道和相邻信道的功率比就是ACLR. 公式如下:
ACLR一般采用dBc的格式,所以呢,利用相邻信道功率(dBm)减去主信道功率(dBm)即可。
ACLR的影响
ACLR的定义非常简单明了,但是如果ACLR的指标不好,会对系统有哪些影响呢?
最直接的影响就是在主信道的相邻信道上有一个非常大的未知信号,如果附近的通信系统刚好工作在相邻信道上,那么这个未知信号就会对这个通信系统造成很大的干扰,这个巨大的干扰将会使这个通信系统带来比较大的影响,甚至无法工作。
另一方面,根据功率守恒定理,如果在相邻通道上有比较大的泄露功率,那么主信道的功率就会减小,通信系统的效率就会比较低,从而造成比较大的功耗问题。
ACLR的系统要求
所以呢,对于所有的无线通信系统,都有严格的ACLR的要求,尤其是在基站中,比如对于LTE 第四代通信系统,在 3GPP TS 36.141 version 9.12.0 Release 9 中对LTE发射机的ACLR有明确的要求:ACLR>44.2dBc
在5G NR中,对ACLR有了更高的要求,一般情况下,基站的ACLR要大于45dB。详见 3GPP TS 38.104 version 15.2.0 Release 15 中对ACLR的要求。
相应的,在UE端,应为发射功率更低,所以一般ACLR的要求会低一些,比如在3GPP TS 38.101-1 version 15.2.0 Release 15 给出的UE 端 ACLR的指标要求。
所以,对于ACLR的要求,不同的无线系统有不同的定义,同学们在设计的时候,一定要根据相应无线通信标准的定义,设计满足要求的射频系统。
如何改善系统的ACLR?
导致ACLR恶化的因素有很多,但是影响最大的还是PA的非线性因为邻道功率的泄露,本身就是由于系统的非线性引起的。
如下图所示,我们把一个载波信号分成几个子载波,由于非线性的影响,每两个子载波都会在载波的左右两侧各产生一个互调信号,这个互调信号就造成了相邻信道的功率填充。在ADI的一篇TA上,给出了ACLR和IMD的关系,如果已知子载波的功率和IMD的功率,就可以计算出ACLR的值。
如果功率放大器的输出功率过高,接近压缩点,那么在相邻通道中产生的IIP3和IIP5产品的功率也会过高。并且这些高功率IMD产物刚好落在相邻通道,就会导致高ACLR。这就是在最大功率下发生不良ACLR的原因。
在这种情况下,为了改善ACLR,首要任务是改善PA的线性,这时,可以通过降低PA的输出功率,是PA工作在线性区,或者通过DPD来改善PA在高功率下的线性度;或者呢,选用更高线性的PA。
第二点可以通过改善PA后端器件的损耗,比如滤波器,比如天线。这里的损耗既包括回波损耗,也包括插入损耗。
从上文降低PA输出功率可以改善ACLR这一点来说,后级滤波器天线的低插损,可以保证PA在输出低功率下也能满足系统的功率要求;另一方面PA输出口良好的匹配,不仅保证了信号功率能够最大的传输,也保证了反射功率对系统的影响最低,尤其是对DPD的影响。
这一点可以通过后级良好的级联匹配,以及选用低损耗的元件和PCB来实现。
第三点就是保证干净的PA输入。有源器件的非线性会产生互调失真,无论在PA端,还是在前面Tx中,都会产生。如果在前面Tx链路中就有比较大的互调失真,那么经过PA放大后,其对系统的影响将会变大。这种情况下,可以在PA前级加入信道滤波器来过滤前级产生的互调失真,以此来改善这个射频发射链路的ACLR性能。
参考阅读
(这些参考网站也是很不错的学习资源,复制网址粘贴在浏览器中即可打开阅读)
1,https://www.techplayon.com/aclr-acpr/;
2,https://www.techplayon.com/how-to-get-better-aclr-in-tx-chain/;
3,https://www.rfinsights.com/insights/design/transmitter/tx-aclr-breakdown/;
4,https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/nonlinear-simulation-of-rf-ic-amplifiers-in-keysight-genesys-and-systemvue.html;
5,https://www.everythingrf.com/community/what-is-acpr-or-aclr;
6,https://www.rfpage.com/aclr-measurement-in-lte/;
7,https://www.analog.com/en/technical-articles/adjacent-channel-leakage-ratio-aclr-derivation-for-general-rf-devices.html;
8,https://www.rfwireless-world.com/Terminology/ACPR-vs-ACLR.html;
9,https://rfmw.em.keysight.com/rfcomms/refdocs/wcdma/wcdma_meas_aclr_desc.html;
10,https://ww2.mathworks.cn/help/comm/ug/adjacent-channel-power-ratio-acpr.html;
11,https://zhuanlan.zhihu.com/p/601477686;
12,https://windmissing.github.io/communications-technology/DPD_PA/2020-11-18-ACLR.html;
13,https://ieeexplore.ieee.org/document/9531697;
 
责编:Ricardo
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