射頻模擬前端在毫微微蜂窩基站中的應(yīng)用

設(shè)想有一個設(shè)備能在家里提供高品質(zhì)移動電話的接收功能，讓用戶只需要低廉的月費就可無限享受語音和資料的使用，F(xiàn)emtocell基站即可提供上述服務(wù)，甚至更多，而此放在家中或是辦公室內(nèi)可以改善區(qū)域無線覆蓋范圍的小巧無線設(shè)備，也將大幅改變無線基礎(chǔ)建設(shè)的樣貌。

圖1所示為Femtocell基站的運作概念，傳統(tǒng)的基站具有廣大的區(qū)域覆蓋范圍，而Femtocell基站則是在一棟住宅的小型區(qū)域內(nèi)提供無線涵蓋范圍。

圖1 Femtocell基站運作概念圖

Femtocell基站通過用戶的寬頻網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)連線將移動通信流量路由至網(wǎng)絡(luò)，以此方式使流量得以從無線電網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)移出來，可改善網(wǎng)絡(luò)的容量，同時減輕經(jīng)營者的后置網(wǎng)絡(luò)、電力及維護成本，也可讓經(jīng)營者對信號覆蓋范圍有限的家庭提供服務(wù)。在更換輔助用的Femtocell基站時，經(jīng)營者會在客戶的移動電話月租帳單中增加一筆額外的費用，當客戶處于Femtocell基站區(qū)域中，所有的移動電話使用都會被涵蓋在家庭帳單當中，客戶可在家中無限制的使用語音與資料而不須負擔大筆的月費帳單。鄰近Femtocell基站的區(qū)域則能獲得高品質(zhì)的連線，又可一并減少移動電話的電池使用時間，且Femtocell基站克服來自基站的3G信號須穿透墻壁的限制，也實現(xiàn)移動電話資料服務(wù)的高速存取，如瀏覽網(wǎng)??際網(wǎng)絡(luò)、下載音樂及手機中的串流視頻等。

低成本為Femtocell基站主要挑戰(zhàn)

類似于無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(Wi-Fi)路由器的Femtocell基站，以獲得認證的無線基礎(chǔ)架構(gòu)標準--全球移動電信系統(tǒng)(UMTS)和分碼多重存取(CDMA)為基礎(chǔ)。此架構(gòu)與新興的標準兼容，借著使用經(jīng)營者專屬的頻譜提供有效率又強固的無線連接，與既有移動電話間的兼容性使連線對使用者透明化。不同于大型蜂窩網(wǎng)絡(luò)在核心網(wǎng)絡(luò)上具有總數(shù)高達數(shù)十或數(shù)百個基站，一組Femtocell基站的閘道須管理數(shù)千甚至上百萬個Femtocell基站的節(jié)點。

Femtocell基站須能從基站以近似移動電話的成本提供所需的服務(wù)品質(zhì)，這為無線電設(shè)計廠商帶來頗大的挑戰(zhàn)。Femtocell基站必須同時提供高品質(zhì)的語音服務(wù)及EVDO與高速封包存取(HSPA)移動資料服務(wù)，且成本須僅能占大型蜂窩網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的一小部分。為克服這些挑戰(zhàn)，F(xiàn)emtocell基站的設(shè)計須借助低成本生產(chǎn)技術(shù)及能使校正與測試時間最小化的高整合IC的優(yōu)點。此外，F(xiàn)emtocell基站設(shè)置在家中，因此必須小巧、低成本，并可讓使用者自行安裝。以約100MW低功率發(fā)射的Femtocell基站為例，安裝時須留意無線環(huán)境，以便減輕干擾的情況，同時符合調(diào)節(jié)方面的需要，而3G Femtocell基站須監(jiān)測UMTS通道，以便偵測鄰近的基站，同時還要監(jiān)測全球移動系統(tǒng)(GSM)通道，借以在用戶離開Femtocell基站區(qū)域時建立適合切換(Handover)的Femtocell基站。

射頻前端整合/分離式設(shè)計各有優(yōu)劣

Femtocell基站具備兩種截然不同的功能，包括模擬式前端及基??頻處理器。本文所提的適用于3G Femtocell基站模擬前端能在發(fā)射電路中將數(shù)位資料流轉(zhuǎn)換成射頻(RF)信號；而在接收鏈中則反之。前端的設(shè)計牽涉整合度與性能之間的取舍，雖然分離式解決方案可經(jīng)過特別設(shè)計提供最佳性能，但其所需成本對Femtocell基站而言，無法接受；相反的，完全整合型解決方案能提供最低的成本，但性能卻可能不足。

圖2中所示為針對能支持在UMTS波段1的區(qū)域型基站作業(yè)，以及在850MHz、900MHz、1,800MHz、1,900MHz與2,100MHz波段中監(jiān)測信號所設(shè)計的Femtocell基站的高位準方塊圖。其中還有廠商推出的混合信號前端基帶收發(fā)器、整合式無線電收發(fā)器與線性放大器、開關(guān)、濾波器，以及其他來自于適合Femtocell基站精巧高性能前端的相關(guān)支持電路，以下是關(guān)于各區(qū)塊的說明。

圖2 以廠商芯片組為基礎(chǔ)的Femtocell基站模擬前端成品

• 發(fā)射端

在發(fā)射端，數(shù)位基帶會傳送一組12位并行資料流至混和信號前端組件，該組件會將其轉(zhuǎn)換為模擬I/Q基帶信號。基帶信號會通過整合式無線電發(fā)射器轉(zhuǎn)換成RF，再由線性放大器增益級放大，然后傳送至雙工器中。功率偵測器會監(jiān)測RF輸出。單刀六擲(SP6T)開關(guān)會選擇將何組發(fā)射或接收監(jiān)測鏈連接至單一天線，這組信號鏈在RF輸出連接器上提供13dBm的輸出功率，同時又能夠符合第三代伙伴項目(3GPP )標準TS25.104中所定義的發(fā)射鄰近通道信號泄漏比(ACLR)規(guī)格。

• 接收端