射频通信全链路系统设计 课件 第6章 射频通信时钟系统设计.pptx

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射频通信全链路系统设计马文建等编著机械工业出版社

第6章射频通信时钟系统设计

第6章射频通信时钟系统设计学习目标了解时钟同步的概念、技术原理(包括GNSS同步、SyncE同步、PTP同步和空口同步)以及相关应用挑战。理解时钟抖动与相位噪声的指标定义,掌握两者之间的转换关系。熟悉各类时钟接口(包括LVDS、LVPECL和CML),能对各接口之间的对接进行匹配。掌握时钟架构设计方案,能根据特定需求对发射EVM、接收倒异混频、转换器参考时钟、SerDes参考时钟和时钟电源进行预算和分析。知识框架

6.1时钟同步6.1.1指标定义6.1.2需求分析6.1.3技术原理6.1.4应用挑战6.2时钟抖动与相位噪声6.2.1指标定义6.2.2关系转换6.3时钟接口6.3.1LVDS6.3.2LVPECL6.3.3CML6.3.4接口对比6.3.5匹配方法6.4时钟设计6.4.1时钟架构6.4.2需求分析6.4.3设计分解

6.1时钟同步同步是所有无线网络正常工作的基础,收发设备之间只有达到了一定的时钟同步关系,才能将接收到的数据进行正确采样和恢复。以移动通信TDD双工模式为例,时间是用来区分上下行的,各基站设备之间需要保持严格的“步调”一致。如下图所示,如果相邻基站没有采用相同的时间基准,一个正在下行发射,另一个却在上行接收,则发射基站的信号会进入接收基站,产生强烈干扰,导致系统无法运转。基站间不同步产生的互干扰

6.1时钟同步时钟同步包括频率同步和时间(相位)同步两个方面。其中,频率同步是通过频率比对将分布在不同地方的频率源的频率值调整到一定的准确度或一定的符合度,即信号间的变化频率相同,相位差保持恒定;相位同步通过时刻比对将分布在不同地方的钟时刻值调整到一定的准确度或一定的符合度,即要求信号间的时钟有效沿(上升沿或下降沿)同步。CLKB和CLKC频率同步,相位差恒定。而CLKA和CLKB虽然频率不同步,但CLKA的时钟上升沿始终与CLKB的时钟上升沿对齐,即两个时钟相位同步。6.1.1指标定义频率同步和相位同步示意频率同步的指标一般使用频率稳定度来衡量,其单位是。它表示在一个特定中心频率下,允许偏差的值,该值越小则同步精度越高。时间同步指标是一个绝对值,即时间的绝对偏差,一般以ns和μs为单位

6.1时钟同步不同通信业务对时钟同步的要求不同。以移动通信基站为例,总的来看,使用FDD双工模式的技术,比如2G中的GSM、3G中的WCDMA、4G中的WiMaxFDD和LTEFDD都只需要频率同步,精度为±0.05ppm;而使用TDD双工模式的技术,比如3G中的TD-SCDMA、4G中的LTETDD等,则需要更为严格的相位同步,精度一般为±1.5us。CDMA2000则属于一个特例,其虽然采用FDD双工模式,但其长短码都是m序列,不用的m序列需要通过相位来区分,因此需要严格的相位同步。6.1.2需求分析不同制式基站对时钟同步的要求

6.1时钟同步对于5GNR来说,时钟同步指标相对比较复杂,其基本业务的同步指标需求与4GLTE几乎相同,但对于一些站间协同增强技术,使同一用户的通信数据可以通过不同的基站收发,在重叠覆盖区域合并多个信号,从而有效提升业务带宽。MIMO和发射分集技术的时间偏差要求为65ns,对于带内连续载波聚合(CA),Sub6G低频基站时间偏差要求为260ns,Above6G高频基站时间偏差要求为130ns。不同基站之间的信号时差必须保持更为严格的同步精度,否则无法合并。6.1.2需求分析5G网络不同类型的协同增强技术对时钟同步需求除了基站同步需求,5G网络支撑的多种垂直行业可能需要更高精度的同步要求。从目前阶段的研究中,可以看到高精度定位业务、车联网、智能制造等应用对于时间同步的需求将达到10ns量级。

6.1时钟同步当前应用较为广泛的同步技术包括GNSS同步、SyncE同步、PTP同步和空口同步。6.1.3技术原理GNSS同步(1)同步原理每颗GNSS卫星上均配备有原子钟,从而使得发送的卫星信号中包含有精确的时间信息。通过专用星卡或GNSS授时模组对这些信号加以解码,即可快速将设备与卫星实现时间同步。4颗卫星到达地面基站的距离可表示为GNSS定位和授时原理示意

6.1时钟同步6.1.3技术原理GNSS同步(1)同步原理根据上述对GNSS时钟同步原理的介绍,可以看出,其同步精度主要受以下几方面的限制:各卫星上原子钟的频率准确度、漂移率和稳定度等指标。相比GPS、G

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