超導(dǎo)濾波器在TD-SCDMA基站等網(wǎng)優(yōu)中作用

前言

超導(dǎo)技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)具有戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)之一，在能源、信息、交通、儀器儀表、國防等方面都有重要應(yīng)用。目前世界各國均在積極開展超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)的研究。

超導(dǎo)濾波器利用導(dǎo)體在極低溫（-200℃左右）時(shí)導(dǎo)體電阻近似為零的原理制成帶通濾波器，應(yīng)用于移動通信基站接收機(jī)前端，大幅改善移動基站上行鏈路性能，提高基站接收機(jī)靈敏度，降低帶內(nèi)、帶外各種干擾，從而改善信號傳輸質(zhì)量，擴(kuò)大上行覆蓋面積，提高信號傳輸速率。

研究超導(dǎo)濾波器在TD-SCDMA基站等網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的作用對我國目前正在積極發(fā)展的TD-SCDMA系統(tǒng)和2G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化具有重要意義。

1 移動通信的上行與下行鏈路分析

1.1 移動通信主要受限于上行鏈路

移動通信基站的發(fā)射功率遠(yuǎn)大于手機(jī)發(fā)射功率，而基站接收機(jī)的靈敏度與手機(jī)接收機(jī)靈敏度相差無幾。因此，移動通信主要受限于上行鏈路，上行覆蓋區(qū)往往小于下行覆蓋區(qū)。

此外，隨著用戶不斷增加，移動通信網(wǎng)絡(luò)勢必要增加基站數(shù)量。這使得進(jìn)入基站接收機(jī)的干擾和噪聲日益增多，加重了上行鏈路的負(fù)擔(dān)。

1.2 改善上行鏈路的一般方法

改善上行鏈路的一般方法是：在基站發(fā)射機(jī)RF輸出端加裝腔體濾波器，來抑制基站發(fā)射機(jī)的雜散輻射?；窘邮諜C(jī)采用分集接收方式，并在RF輸入端也采用腔體濾波器，以提高接收機(jī)靈敏度并抑制各種帶外干擾。

然而，由于腔體濾波器的Q值只能達(dá)5000左右，通帶損耗比較大，阻帶抑制度不夠，過渡帶也不夠陡峭。因此，這個(gè)方法并不能有效解決上行鏈路受干擾問題，基站接收機(jī)的帶內(nèi)干擾和底噪聲仍然比較高，基站容量利用率與接收靈敏度不高。

2 超導(dǎo)濾波器是解決基站干擾最佳方法之一

超導(dǎo)濾波器是利用導(dǎo)體在極低溫（約-200℃）時(shí)表面電阻近似為零的特性制成的濾波器，其Q值可達(dá)10萬，高于腔體濾波器的Q值近20倍。因此，超導(dǎo)濾波器具有極小的通帶插損（<0.1dB）、極高的阻帶抑制（>60dB）和極陡峭的過渡帶（-100dB/400KHz）。

配備在超導(dǎo)濾波器之后同樣在超低溫工作條件下的低噪放（LNA）（增益：12dB），具有極低的噪聲系數(shù)（<0.5dB）。作為基站接收機(jī)的射頻前端設(shè)備，它可以比較徹底地抑制基站接收機(jī)的各種干擾，并且提高接收機(jī)的靈敏度，基本能夠解決移動通信的上行技術(shù)瓶頸問題。此外，超導(dǎo)濾波器安裝在基站主接收機(jī)和分集接收機(jī)上，不影響分集接收機(jī)的抗多徑衰落功能。

目前，超導(dǎo)濾波器大幅改善移動通信基站利用率的實(shí)例已經(jīng)很多。例如，“STI”公司已在美國大量使用安裝超導(dǎo)濾波器的基站（包括CDMA基站和GSM基站），基站運(yùn)行情況表明超導(dǎo)濾波器起到了優(yōu)化移動通信網(wǎng)絡(luò)的效果，比如改善了信號質(zhì)量，降低掉話率和阻塞率，擴(kuò)大了CDMA網(wǎng)絡(luò)容量，使得CDMA手機(jī)發(fā)射功率下降等。

3 超導(dǎo)濾波器核心技術(shù)與器件

美國STI公司是目前世界上唯一擁有全套超導(dǎo)濾波器技術(shù)與專利并形成大規(guī)模商用產(chǎn)品生產(chǎn)的公司。它擁有兩個(gè)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的核心器件：高階薄膜濾波器和小體積制冷設(shè)備。

中國寶力集團(tuán)于2007年8月收購并控股“STI”公司，并在中國成立合資公司“寶力超導(dǎo)技術(shù)有限公司”，把美國STI公司全套專利技術(shù)轉(zhuǎn)移到中國，并組建生產(chǎn)基地，以降低生產(chǎn)成本，更好地為中國無線電通信產(chǎn)業(yè)服務(wù)。

4 我國目前移動通信的狀況分析

目前，我國移動通信用戶數(shù)已經(jīng)超過5億。規(guī)模較大城市的市中心區(qū)域的話務(wù)量巨大，基站數(shù)量也隨之猛增?；拘^(qū)分裂后，有的基站間距僅有500m。由此可見，在大城市中心區(qū)，移動通信網(wǎng)絡(luò)面臨容量不足的問題。增加基站增加容量，但基站過于密集則會產(chǎn)生多種干擾使基站容量下降。

4.1 基站間的干擾分析

移動通信基站之間的干擾大多是由于不同網(wǎng)絡(luò)上行與下行的頻段間隔較小、下行3階互調(diào)或5階互調(diào)造成的。大致有下列四種。

（1）CDMA下行對移動GSM上行干擾。

我國CDMA的下行頻段為870MHz～880MHz，移動GSM上行頻段現(xiàn)已擴(kuò)展到885MHz～909MHz，兩者間隔僅5MHz。CDMA下行鏈路的3階互調(diào)分量880MHz～890MHz、5階互調(diào)分量890MHz～900MHz以及7階互調(diào)分量900MHz～910MHz均可進(jìn)入GSM上行，形成干擾。這種現(xiàn)象在CDMA基站和GSM基站位置比較靠近時(shí)，格外嚴(yán)重。

（2）3G（TDD主） 1880MHz～1920MHz下行對3G（FDD主）1920MHz～1980MHz上行干擾。

當(dāng)啟用3G（TDD）1880MHz～1920MHz時(shí)，它下行的互調(diào)分量必將干擾相鄰的、沒有頻率間隔的3G（FDD主）上行1920MHz～1980MHz。

（3）3G（FDD補(bǔ)）下行（1850MHz～18 80MHz）與3G（TDD主）（1880～1920MHz）為相鄰關(guān)系，容易產(chǎn)生互調(diào)干擾。

（4）3G（TDD補(bǔ)）（2300MHz～2400MHz）和WLAN（2400MHz～2483.5MHz）也為相鄰關(guān)系, 容易產(chǎn)生互調(diào)干擾。

4.2 上行底噪聲隨基站數(shù)增加而升高