摘 要： 為保證基站上行底噪，在WCDMA移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化" title="網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化">網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，采用選頻直放站" title="直放站">直放站的方案。闡述了WCDMA智能選頻直放站實現(xiàn)方案，以及實現(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)的實驗結(jié)果。該系列直放站已用于中國電信杭州、蘇州等地WCDMA實驗網(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)
移動通信運營商為了提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，必須不斷對網(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格比較高的方法。直放站實際上是一種雙向信號放大器，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、提高運營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覆蓋，也可以作為信號源應(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，突出特點是容量大、覆蓋小，多余的容量為直放站提供信號源。隨著中國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，會使用大量的直放站[1～3]。
WCDMA移動通信系統(tǒng)無線直放站的應(yīng)用如圖1所示。直放站通過施主天線(link antenna)接收基站(BS)的信號，經(jīng)過放大等信號處理，經(jīng)重發(fā)天線(service antenna)發(fā)射到空中供移動臺(MS)接收，該信號經(jīng)過的路徑稱為下行鏈路。同理，重發(fā)天線接收MS信號經(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經(jīng)直接放大再發(fā)送出去，這樣，會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的基礎(chǔ)上，提出了采用選頻直放站的方案，并分析了實現(xiàn)選頻直放站的關(guān)鍵單元電路。最后，給出了相應(yīng)的實驗結(jié)果，研制的WCDMA系列智能選頻直放站已用于中國電信杭州、蘇州等地WCDMA實驗網(wǎng)中。
1 WCDMA智能選頻直放站實現(xiàn)方案
直放站用于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，會引入噪聲電平
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的絕對溫度，B為直放站通過信號的帶寬，G為直放站上行鏈路增益。
在WCDMA移動通信系統(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，因而對整個系統(tǒng)性能" title="系統(tǒng)性能">系統(tǒng)性能影響更小[5～6]。
選頻直放站實現(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)測模塊和電源模塊等構(gòu)成。
其中選頻模塊主要實現(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" title="本振">本振信號源等電路[5]。監(jiān)控監(jiān)測模塊采用ARM嵌入式系統(tǒng)實現(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]。
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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)選擇一個或多個WCDMA指配信道工作，采用了如圖3所示的方案。如果本振信號源1和2輸出同一個頻率，則直放站輸入和輸出頻率一致；如果兩個本振信號源頻率不一樣，就可以實現(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系統(tǒng)性能的影響，這里選SAW濾波器的帶寬為5MHz。本振信號源由數(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(voltage controlled oscillator)，為提高系統(tǒng)集成度、可靠性并實現(xiàn)小型化，打下了基礎(chǔ)。這里本振信號源參考時鐘頻率為10MHz。
根據(jù)WCDMA移動通信系統(tǒng)工作頻段要求，這里選用本振頻率為2 300MHz～2 600MHz，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=11 500～13 000，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)計環(huán)路參數(shù)，本振源輸出相位噪聲如圖5所示。
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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，會對系統(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，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。
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3 選頻直放站測試結(jié)果
選頻直放站經(jīng)過測試，系統(tǒng)總體指標(biāo)滿足3GPP TS25.101、TS25.106和TS25.104幾個規(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電信杭州、蘇州等地WCDMA實驗網(wǎng)中。
在WCDMA移動通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，采用直放站是性價比較高的選擇。為了減小直放站對系統(tǒng)性能影響，采用選頻直放站并用SAW濾波器限制信道帶寬，可以減小噪聲對基站的影響。本文分析了選頻模塊、線性功率放大器等模塊的原理構(gòu)成，給出了選頻直放站主要性能指標(biāo)，所研制的直放站符合3GPP相關(guān)要求，并在實際建網(wǎng)中得到應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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2 Yasushi ITO. Novel repeater with automatic gain control for indoor area. 2005 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings, 2005;(12):2963～2965
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5 Cotter W.Sayre. Complete wireless design. The McGraw-Hill Companies, Inc, 2004
6 Ramjee Parsad, Werner Mohr, Walter Konhauser, Third Generation Mobile Communication Systems, Artech House, 2000
7 http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/816331135ADF4360_1_b.pdf, 2005
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9 何松柏，鄧洪敏. 射頻信道非線性對QPSK信號影響分析.系統(tǒng)工程與電子技術(shù), 2003;25(2)
10 http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/3984/ln/,2005