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什么是ACLR？

无线深海 2023-08-17 21:39
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在射频设计中，我们经常会遇到各种各样的系统指标，比如EVM，VSWR，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漏功率，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，因为发射功率更低，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，在设计的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，使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；




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