katakunci : NCDMA, narrow band CDMA, cdma2000, WCDMA, LTE, 2G, 3G, 4G, femto cell, small cell, wireless infrastructure, spectrum inversion, RF, transceiver

  

TUTORIAL 5499

Spectrum Inversion in NCDMA to Ensure Compliance with 3GPP2

Abstract: Unlike many other cellular standards, NCDMA is required by the 3GPP2 standard to perform spectrum inversion in the physical layer before transmission and after reception. With today’s vast selection of radio frequency (RF) transceivers and baseband processors, it is easy to imagine how one could come across a set of RF transceiver and baseband processor that have mismatched spectrum in the transmit and receive paths. This simple oversight will result in noncompliance to the 3GPP2 standard and failure to demodulate. However, there are a few simple techniques that can help determine if spectrum inversion has been performed on a signal. 

A similar version of this article appears on microwaves&rf, October 11, 2013.

Introduction

This tutorial will help design engineers manage spectrum inversion to comply with the 3GPP2 standard. It is important for system integrators to remember that the 3GPP2 standard requires NCDMA, unlike many other cellular standards, to perform spectrum inversion in the physical layer (generally within the radio frequency (RF) IC) prior to transmission and after reception. With today’s vast selection of RF transceivers and baseband processors, it is easy to imagine how one could find a set of a RF transceiver and baseband processor that has mismatched spectrum in the transmit and receive paths. This simple oversight will result in noncompliance with the 3GPP2 standard and failure to demodulate. However, there are a few simple techniques that can help determine if spectrum inversion has been performed on a signal. This tutorial presents three techniques that perform spectrum inversion on RF transceivers that do not have built-in spectrum inversion.

How to Detect Spectrum Inversion

In a transmitter, the easiest way to determine if the spectrum has been inverted is by comparing a single-tone continuous wave (CW) with a nominally positive frequency to the local oscillator (LO) frequency. If the RF CW output frequency is greater than the LO frequency (positive offset), then no spectrum inversion has happened. But if the LO frequency is greater than the RF output frequency, then the spectrum has been inverted.

In the receive path, if a positive offset RF input frequency produces an I output that leads the Q output by 90°, then no spectrum inversion was done by the RF demodulator. Generally, the modulation format of the RF demodulator follows the modulator. To demonstrate these points, let’s examine the uplink and downlink paths of a WCDMA system, as specified in the 3GPP standard TS 25.213 (Figure 1).kata kunci: NCDMA, sempit CDMA, DMA2000, WCDMA, LTE, 2G, 3G, 4G, sel femto, sel kecil, infrastruktur nirkabel, spektrum inversi, RF, transceiver Bagian terkait TUTORIAL 5499 Spektrum inversi di NCDMA untuk Pastikan Kepatuhan dengan 3GPP2 

Abstrak: Tidak seperti banyak standar seluler lainnya, NCDMA diperlukan oleh standar 3GPP2 untuk melakukan spektrum inversi di lapisan fisik sebelum transmisi dan setelah resepsi. Dengan pilihan yang luas saat ini frekuensi radio (RF) transceiver dan prosesor baseband, mudah untuk membayangkan bagaimana orang bisa menemukan satu set RF transceiver dan prosesor baseband yang memiliki spektrum cocok di mengirim dan menerima jalur. pengawasan sederhana ini akan mengakibatkan ketidakpatuhan dengan standar dan kegagalan untuk demodulasi 3GPP2. Namun, ada beberapa teknik sederhana yang dapat membantu menentukan apakah spektrum inversi telah dilakukan pada sinyal. Sebuah versi yang sama dari artikel ini muncul di microwave & rf, 11 Oktober 2013. pengantar Tutorial ini akan membantu insinyur desain mengelola spektrum inversi untuk mematuhi standar 3GPP2. Hal ini penting untuk sistem integrator untuk mengingat bahwa standar 3GPP2 membutuhkan NCDMA, tidak seperti banyak standar seluler lainnya, untuk melakukan spektrum inversi di lapisan fisik (biasanya dalam frekuensi radio (RF) IC) sebelum transmisi dan setelah penerimaan. Dengan pilihan yang luas saat ini transceiver RF dan prosesor baseband, mudah untuk membayangkan bagaimana seseorang bisa menemukan satu set transceiver RF dan prosesor baseband yang tidak cocok spektrum mengirim dan menerima jalur. pengawasan sederhana ini akan menghasilkan ketidakpatuhan dengan standar dan kegagalan untuk demodulasi 3GPP2. Namun, ada beberapa teknik sederhana yang dapat membantu menentukan apakah spektrum inversi telah dilakukan pada sinyal. Tutorial ini menyajikan tiga teknik yang melakukan spektrum inversi pada transceiver RF yang tidak memiliki built-in spektrum inversi. Cara Mendeteksi Spectrum Pembalikan Dalam pemancar, cara termudah untuk menentukan apakah spektrum telah terbalik adalah dengan membandingkan satu-nada gelombang kontinu (CW) dengan frekuensi nominal positif terhadap osilator lokal (LO) frekuensi. Jika output frekuensi RF CW lebih besar dari frekuensi LO (offset positif), maka tidak ada spektrum inversi telah terjadi. Tetapi jika frekuensi LO lebih besar dari frekuensi output RF, maka spektrum telah terbalik. Dalam menerima jalan, jika diimbangi frekuensi input RF positif menghasilkan saya output yang mengarah output Q 90 °, maka tidak ada spektrum inversi dilakukan oleh demodulator RF. Umumnya, format modulasi demodulator RF berikut modulator. Untuk menunjukkan titik-titik ini, mari kita memeriksa uplink dan downlink jalur dari sistem WCDMA, sebagaimana ditentukan dalam 3GPP standar TS 25,213 (Gambar 1).

Figure 1. WCDMA I/Q modulation and demodulation format. Note that the Q channel is multiplied by a negative phase LO, i.e., -sin(ωLOt), as shown in red.

Transmitter Signals

For simplicity, assume that the transmitter baseband I and Q signals are represented by:

Vm = ejωmt = cos(ωmt) + jsin(ωmt)

(Note that this is a positive frequency, complex tone at baseband.)

The transmitter I and Q LOs are represented by:

LOITX = cos(ωLOt) and LOQTX = -sin(ωLOt)

Now notice the negative polarity of the Q LO:

VTX = cos(ωmt)cos(ωLOt) - sin(ωmt)sin(ωLOt)

VTX = ½cos((ωm - ωLO)t) + ½cos((ωm + ωLO)t) - ½cos((ωm - ωLO)t) + ½cos((ωm + ωLO)t)

VTX = cos((ωm + ωLO)t)

As shown in the equations above, a positive modulation baseband signal, in combination with a negative phase LO frequency, produces an RF output frequency which resides above the LO frequency. The result is no spectrum inversion.

Received Signals

On the receiving end, assume that the same transmitted RF signal is received and demodulated with the same LO format as the transmitter:

VRX = cos(ωRXt), with ωRX = ωm + ωLO

VLO = e-jωLOt = cos(ωLOt) - jsin(ωLOt)

VBB = cos(ωRXt)cos(ωLOt) - jcos(ωRXt)sin(ωLOt)

After multiplying out the terms and applying lowpass filtering to remove the higher frequencies:

VBBI = ½cos((ωRX - ωLO)t) and VBBQ = ½sin((ωRX - ωLO)t)

Substituting ωRX with ωm + ωLO, the I and Q baseband outputs are the same as the I and Q of the TX baseband inputs:

Im = cos(ωmt) and Qm = sin(ωmt)

Perform Spectrum Inversion

Now that we have a clear understanding of how to detect spectrum inversion, we turn our attention to the available methods of achieving it on purpose. As mentioned earlier, the 3GPP2 standard requires that the signal spectrum of NCDMA be inverted prior to transmission and after reception. Following are three simple methods that can be used for spectrum inversion.

Method 1

Spectrum inversion by adopting a positive phase LO. This is the modulation format recommended by the 3GPP2 standard (Figure 2).Gambar 1. WCDMA I / Q modulasi dan format yang demodulation. Perhatikan bahwa saluran Q dikalikan dengan fase negatif LO, yaitu, -sin (ωLOt), seperti yang ditunjukkan dalam warna merah. Sinyal transmitterUntuk mempermudah, asumsikan bahwa sinyal pemancar baseband I dan Q diwakili oleh:Vm = ejωmt = cos (ωmt) + jsin (ωmt) (Catatan bahwa ini adalah frekuensi positif, nada kompleks pada baseband.) Pemancar I dan Q LOS diwakili oleh:

LOITX = cos (ωLOt) dan LOQTX = -sin (ωLOt) Sekarang perhatikan polaritas negatif dari Q LO: VTX = cos (ωmt) cos (ωLOt) - sin (ωmt) sin (ωLOt) VTX = ½cos ((ωm - ωLO) t) + ½cos ((ωm + ωLO) t) - ½cos ((ωm - ωLO) t) + ½cos ((ωm + ωLO) t) VTX = cos ((ωm + ωLO) t) Seperti ditunjukkan dalam persamaan di atas, sinyal modulasi baseband positif, dalam kombinasi dengan fase negatif LO frekuensi, menghasilkan output frekuensi RF yang berada di atas frekuensi LO. Hasilnya adalah tidak ada spektrum inversi. Sinyal yang diterima Pada sisi penerima, menganggap bahwa sinyal RF ditransmisikan sama diterima dan didemodulasi dengan format yang LO sama dengan pemancar: VRX = cos (ωRXt), dengan ωRX = ωm + ωLO VLO = e-jωLOt = cos (ωLOt) - jsin (ωLOt) VBB = cos (ωRXt) cos (ωLOt) - jcos (ωRXt) sin (ωLOt) Setelah mengalikan syarat dan menerapkan lowpass penyaringan untuk menghapus frekuensi yang lebih tinggi: VBBI = ½cos ((ωRX - ωLO) t) dan VBBQ = ½sin ((ωRX - ωLO) t)Mengganti ωRX dengan ωm + ωLO, I dan Q baseband output yang sama dengan saya dan Q dari input baseband TX: Im = cos (ωmt) dan Qm = sin (ωmt) Lakukan Spectrum Pembalikan Sekarang bahwa kita memiliki pemahaman yang jelas tentang bagaimana mendeteksi spektrum inversi, kita mengalihkan perhatian ke metode yang tersedia untuk mencapai pada tujuan. Seperti disebutkan sebelumnya, standar 3GPP2 membutuhkan bahwa spektrum sinyal NCDMA terbalik sebelum transmisi dan setelah penerimaan. Berikut adalah tiga metode sederhana yang dapat digunakan untuk spektrum inversi. metode 1 Spektrum inversi dengan mengadopsi fase positif LO. Ini adalah format modulasi yang direkomendasikan oleh standar 3GPP2 (Gambar 2).

Figure 2. NCDMA I/Q modulation format. Note how the Q channel is multiplied by LO with positive phase, i.e., sin(ωmt), as highlighted in red.

Im = cos(ωmt) and Qm = sin(ωmt)

LOITX = cos(ωLOt) and LOQTX = sin(ωLOt)

VTX = cos(ωmt)cos(ωLOt) + sin(ωmt)sin(ωLOt)

VTX = ½cos((ωm - ωLO)t) + ½cos((ωm + ωLO)t) + ½cos((ωm - ωLO)t) - ½cos((ωm + ωLO)t)

VTX = cos((ωm - ωLO)t)

As shown here, the RF output frequency is lower than the LO frequency. Therefore, the spectrum has been inverted.

Method 2

Spectrum inversion by inverting the polarity of the Q baseband signal.

Im = cos(ωmt) and Qm = -sin(ωmt)

LOITX = cos(ωLOt) and LOQTX = -sin(ωLOt)

VTX = cos(ωmt)cos(ωLOt) + sin(ωmt)sin(ωLOt)

VTX = cos((ωm - ωLO)t)

Method 3

Spectrum inversion by swapping the I and Q transmit baseband signals.

Im = sin(ωmt) and Qm = cos(ωmt)

LOITX = cos(ωLOt) and LOQTX = -sin(ωLOt)

VTX = sin(ωmt)cos(ωLOt) - cos(ωmt)sin(ωLOt)

VTX = ½sin((ωm + ωLO)t) + ½sin((ωm - ωLO)t) - ½sin((ωm + ωLO)t) + ½sin((ωm - ωLO)t)

VTX = sin((ωm - ωLO)t)

Conclusion

Method 1 is the method for performing spectrum inversion recommended by the 3GPP2 standard. However, as shown above, other methods can achieve the same result and still be spec compliant. In all cases for parts derived from the MAX2553WCDMA transceivers, the baseband input and output pins are labeled so that no spectrum inversion occurs in the transceiver, neither in the transmitter path nor in the receiver path. For compliance with the 3GPP2 standard, one should be aware of this and apply one of the above methods for inverting the transmit spectrum. For the receive path, a corresponding inversion is also required in most cases, unless the baseband is already programmed to accept inverted spectrum signals. Gambar 2. NCDMA I / Q format modulasi. Perhatikan bagaimana saluran Q dikalikan dengan LO dengan fase positif, yaitu, dosa (ωmt), seperti warna merah. Im = cos (ωmt) dan Qm = sin (ωmt) LOITX = cos (ωLOt) dan LOQTX = sin (ωLOt) VTX = cos (ωmt) cos (ωLOt) + sin (ωmt) sin (ωLOt)VTX = ½cos ((ωm - ωLO) t) + ½cos ((ωm + ωLO) t) + ½cos ((ωm - ωLO) t) - ½cos ((ωm + ωLO) t) VTX = cos ((ωm - ωLO) t) Seperti ditunjukkan di sini, frekuensi output RF lebih rendah dari frekuensi LO. Oleh karena itu, spektrum telah terbalik. metode 2 Spektrum inversi dengan membalik polaritas sinyal Q baseband. Im = cos (ωmt) dan Qm = -sin (ωmt) LOITX = cos (ωLOt) dan LOQTX = -sin (ωLOt) VTX = cos (ωmt) cos (ωLOt) + sin (ωmt) sin (ωLOt) VTX = cos ((ωm - ωLO) t) metode 3 Spektrum inversi dengan menukar I dan Q sinyal transmisi baseband. Im = sin (ωmt) dan Qm = cos (ωmt) LOITX = cos (ωLOt) dan LOQTX = -sin (ωLOt) VTX = sin (ωmt) cos (ωLOt) - cos (ωmt) sin (ωLOt) VTX = ½sin ((ωm + ωLO) t) + ½sin ((ωm - ωLO) t) - ½sin ((ωm + ωLO) t) + ½sin ((ωm - ωLO) t) VTX = sin ((ωm - ωLO) t) Kesimpulan Metode 1 adalah metode untuk melakukan spektrum inversi direkomendasikan oleh standar 3GPP2. Namun, seperti yang ditunjukkan di atas, metode lain dapat mencapai hasil yang sama dan masih sesuai spec. Dalam semua kasus untuk bagian berasal dari transceiver MAX2553WCDMA, pin masukan baseband dan output diberi label sehingga tidak ada spektrum inversi terjadi di transceiver, baik di jalur pemancar maupun di jalur penerima. Untuk memenuhi standar 3GPP2, orang harus menyadari hal ini dan menerapkan salah satu metode di atas untuk pembalik spektrum pancar. Untuk menerima jalan, inversi yang sesuai juga diperlukan dalam kebanyakan kasus, kecuali baseband tersebut sudah diprogram untuk menerima sinyal spektrum terbalik