WCDMA智能選頻直放站研制

WCDMA智能選頻直放站研制何松柏，游飛，王斌，李源時(shí)間:2008年05月08日字體:大中小關(guān)鍵詞:摘要：為保證基站上行底噪，在WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，采用選頻直放站的方案。闡述了WCDMA智能選頻直放站實(shí)現(xiàn)方案，以及實(shí)現(xiàn)該方案的關(guān)鍵單元電路和直放站性能指標(biāo)分析，給出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該系列直放站已用于中國(guó)電信杭州、蘇州等地WCDMA實(shí)驗(yàn)網(wǎng)中。

關(guān)鍵詞：WCDMA選頻直放站線性功率放大器ARM嵌入式系統(tǒng)

移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商為了提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，必須不斷對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，擴(kuò)大覆蓋區(qū)。如果采用新建基站的方法，成本過于昂貴。采用直放站是性能價(jià)格比較高的方法。直放站實(shí)際上是一種雙向信號(hào)放大器，起著延伸基站覆蓋范圍和消除盲區(qū)的作用。直放站作為一種網(wǎng)絡(luò)輔助手段在完善網(wǎng)絡(luò)覆蓋、優(yōu)化和改善服務(wù)質(zhì)量、提高運(yùn)營(yíng)效益等方面起著十分重要的作用。它既可以用于室外局部盲點(diǎn)覆蓋，也可以作為信號(hào)源應(yīng)用于室內(nèi)分布系統(tǒng)。

根據(jù)IMT-2000規(guī)劃，在3G中，無論是WCDMA還是TD-SCDMA，與2G相比，突出特點(diǎn)是容量大、覆蓋小，多余的容量為直放站提供信號(hào)源。隨著中國(guó)3G牌照的發(fā)放，在建網(wǎng)初期為了節(jié)約投資和擴(kuò)大覆蓋范圍，會(huì)使用大量的直放站[1～3]。

WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)無線直放站的應(yīng)用如圖1所示。直放站通過施主天線(linkantenna)接收基站(BS)的信號(hào)，經(jīng)過放大等信號(hào)處理，經(jīng)重發(fā)天線(serviceantenna)發(fā)射到空中供移動(dòng)臺(tái)(MS)接收，該信號(hào)經(jīng)過的路徑稱為下行鏈路。同理，重發(fā)天線接收MS信號(hào)經(jīng)直放站上行鏈路處理后經(jīng)施主天線發(fā)射到空中供BS接收。直放站必須滿足3GPP相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[4]，還要關(guān)注其智能化程度以及整機(jī)的可靠性等。

通常直放站采用寬帶放大方式，即天線接收到的信號(hào)經(jīng)直接放大再發(fā)送出去，這樣，會(huì)增加基站上行接收機(jī)的噪聲電平。本文在分析寬帶直放站缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了采用選頻直放站的方案，并分析了實(shí)現(xiàn)選頻直放站的關(guān)鍵單元電路。最后，給出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研制的WCDMA系列智能選頻直放站已用于中國(guó)電信杭州、蘇州等地WCDMA實(shí)驗(yàn)網(wǎng)中。

1WCDMA智能選頻直放站實(shí)現(xiàn)方案

直放站用于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，會(huì)引入噪聲電平

PNR=FKTBGH(1)

式中,F是直放站上行鏈路噪聲系數(shù)，K=1.38×10-23J/K，T是單位為K的絕對(duì)溫度，B為直放站通過信號(hào)的帶寬，G為直放站上行鏈路增益。

在WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，如果采用寬帶直放站，則基站上行射頻信號(hào)帶寬為60MHz；如果采用選頻直放站，可以在60MHz帶寬中使用其中任意載頻，帶寬為5MHz。根據(jù)(1)式，選頻直放站引入噪聲電平比寬帶直放站低約10dB，因而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能影響更小[5～6]。

選頻直放站實(shí)現(xiàn)方案如圖2所示。直放站主要由雙工器、低噪聲放大器(LNA)、功率放大器(PA)、選頻模塊、監(jiān)控監(jiān)測(cè)模塊和電源模塊等構(gòu)成。

其中選頻模塊主要實(shí)現(xiàn)選擇基站工作的載頻信道，并用SAW濾波器限制信道帶寬。該模塊包括上下混頻器，本振信號(hào)源等電路[5]。監(jiān)控監(jiān)測(cè)模塊采用ARM嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，為系統(tǒng)功能擴(kuò)展留有很大余地。為了使直放站滿足系統(tǒng)性能要求，功率放大器的線性是關(guān)鍵指標(biāo)[6]。

2關(guān)鍵模塊電路分析

2.1選頻模塊

在WCDMA選頻直放站中，為了在WCDMA頻段的全部或部分頻段內(nèi)選擇一個(gè)或多個(gè)WCDMA指配信道工作，采用了如圖3所示的方案。如果本振信號(hào)源1和2輸出同一個(gè)頻率，則直放站輸入和輸出頻率一致；如果兩個(gè)本振信號(hào)源頻率不一樣，就可以實(shí)現(xiàn)移頻直放站，即可將指配工作頻率轉(zhuǎn)換為其他頻率進(jìn)行傳輸。

為減小直放站引入噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響，這里選SAW濾波器的帶寬為5MHz。本振信號(hào)源由數(shù)字鎖相環(huán)構(gòu)成[8]，其電路原理如圖4所示。這里采用了ADI公司的關(guān)鍵頻率綜合芯片ADF4360-1[7]，該芯片集成了數(shù)字鎖相環(huán)芯片的全部功能和VCO(voltagecontrolledoscillator)，為提高系統(tǒng)集成度、可靠性并實(shí)現(xiàn)小型化，打下了基礎(chǔ)。這里本振信號(hào)源參考時(shí)鐘頻率為10MHz。

根據(jù)WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)工作頻段要求，這里選用本振頻率為2300MHz～2600MHz，頻率步進(jìn)為200kHz。頻率控制分頻比為

N=5fLO(2)

分頻比的范圍N=11500～13000，由分頻比引起鎖相環(huán)輸出相位噪聲惡化為:

L(N)=20lgN=81.2～82.3dB(3)

其中L(N)為相位噪聲。經(jīng)過合理設(shè)計(jì)環(huán)路參數(shù)，本振源輸出相位噪聲如圖5所示。

2.2線性功率放大器

在系統(tǒng)中，由于功率放大器的非線性，會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能造成破壞[9]。因此，系統(tǒng)必須采用線性放大器。為了實(shí)現(xiàn)線性功率放大器，有回退法、前饋法、預(yù)失真等方法。為了在功率放大器的效率和線性之間折衷，采用了射頻預(yù)失真方法，其原理如圖6所示。預(yù)失真芯片采用了MAXIM公司的MAX2009[10]，該芯片能改善放大器AM/AM和AM/PM失真。

當(dāng)功率放大器輸出功率為4W時(shí)，其鄰信道功率抑制比ACPR優(yōu)于47dBc，該指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求[4]。如圖7所示。

3選頻直放站測(cè)試結(jié)果

選頻直放站經(jīng)過測(cè)試，系統(tǒng)總體指標(biāo)滿足3GPPTS25.101、TS25.106和TS25.104幾個(gè)規(guī)范要求。其主要性能指標(biāo)如表1所示。該系列直放站已用于中國(guó)電信杭州、蘇州等地WCDMA實(shí)驗(yàn)網(wǎng)中。

在WCDMA移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，采用直放站是性價(jià)比較高的選