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Femto 基站单芯片收发器

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为什么使用femto基站

基于3GPP的第三代蜂窝系统设计用于支持全移动多媒体体验,很多情况下,该系统的普及受限于其接收效果,尤其是住宅和偏远地区。在住宅密集的市区,尤其是高层建筑物中,急待解决系统扩容、改善服务质量(QoS)等问题。面对这样的要求,“Femto”蜂窝基站应该是合乎逻辑的选择。通常,基站一般分为以下几类。

+45dBm:宏蜂窝基站,覆盖室外大约5km的区域。

+30dBm:微蜂窝基站,覆盖大约0.5km的区域。

+15dBm:Femto基站,覆盖大约50m的室内住宅或建筑区域。

对于住宅内部署,Femto基站可通过公共交换电话网接入网络,通常可以采用住宅的DSL线路。手机仅与家里的Femto基站通信,从而使用户摆脱对宏蜂窝基站的依赖。在高层建筑中,Femto基站可连接到大厦的有线以太网系统,这也减轻了宏蜂窝基站的负荷。

下面简单介绍Femto基站部署的基础,了解Maxim射频方案如何为这一技术提供关键优势。

提高蜂窝覆盖

蜂窝系统的设计需要在手机电池寿命、手机计算功耗、基站用户负荷之间达到最佳平衡。此外,随着蜂窝标准的不断完善,可以充分发挥先进的移动DSP的性能优势。蜂窝系统运营商紧跟这一趋势,努力提供更多、更好的多媒体内容,从而提高收入并吸引更多的新用户。用户则享受到了“无处不在”的移动互联。由于蜂窝手机用户以每年1亿的速度增长,在这一利益的驱使下,形成了一个高效、极具竞争的供应链,以保证低价格、高性能。宽带无线通信与蜂窝RF业务的比较

宽带无线系统的开发和部署与蜂窝系统的开发计划如影随形,以满足市场/用户的发展需求。最初,所谓的“咖啡厅”Wi-Fi为用户提供802.11互联网接入,当用户在附近停留或在饭店用餐时可以使用网络。随后,有些城市开始着手建设Metro-Wi-Fi接入点,为商业区提供服务。这种模式非常成功,2004年了更好的无线接入系统,即802.16WiMAX(以及韩国的WiBro),目的是提供“城域宽带无线接入”服务。

采用正交频分复用(OFDM)代替单载波调制,能够允许这些宽带无线系统克服城市的多径效应,但发射功率需要提高4倍。这是因为OFDM802.16d的峰均比(pk-avg)接近11dB,而WCDMA3GPPpk-avg为5dB。Intel已经率先将WiMAX作为超级移动PC(UMPC)的RF连接标准,超级移动PC的大小定义为普通蜂窝电话的大约6倍。因此,UMPC促进了WiMAX服务,但由于WiMAX需要更大容量的电池,所以很难将其集成到超薄/翻盖手机中。发射塔建设

蜂窝和WiMAX部署的一个共同障碍是发射塔建设和道路占用问题。道路占用权的租赁费用以及市政部门对城市规划的条例,都会大大制约这两套系统的建设空间和区域。蜂窝运营商早在WiMAX之前大约20年就开始系统的部署与建设,在基站覆盖和新建系统上具有明显优势。

Femto基站克服了蜂窝系统的关键问题

传统的宏蜂窝基站在高峰时段的呼叫容量受到一定限制。系统按照统计学原理设计,采用了流量排队理论处理既定时间的呼叫数量。所以,长时间的通话会降低高峰时段的呼叫容量。

另外,当基站为位于边界附近的手机提供服务时,宏蜂窝基站将不得不增大发射功率,这会影响为其他客户服务的动态范围。所以,边界附近的手机呼叫也会降低总呼叫容量,因为他们会压缩基站发射的动态范围。

这两种因素限制了宏基站的容量,进而影响运营商的收益,并将新用户拒之门外。Maxim的单芯片Femto基站RF收发器

Maxim的RD2550Femto基站参考设计能够满足WCDMA波段1的TS25.104要求,我们还提供WCDMA波段2、4和5的参考设计。该参考设计的核心是单片收发器,带有Δ-∑比特流数字接口,可直接连接基带DSP/调制解调器。收发器采用低电平LVDS接口,在基带DSP/调制解调器完成信道滤波,可通过软件重新配置无线工作状态。

我们已经完成完整的RF收发器参考设计。利用收发器集成的LNA,支持宏蜂窝基站监测模式。图2所示为参考设计电路板。满足UTRA波段1Femto基站标准(3GPPTS25.104)

Femto基站的主要指标如表1所示,对于WCDMAFemto基站,满足接收机和发射机TS25.104的动态范围要求比TS25.101手机规格的要求更严格,相差至少10dB。但是,由于预计的产量很大,集成度和BOM成本还必须做到手机的同等水平。因此,理想情况下最好采用低成本、高集成度的手机芯片组设计,而在与手机相反的收/发频带内也要保持高性能(基站应用)。

例如,在接收通道,用于测量ACS的5MHz频偏内阻塞要做到-38dBm,比-52dBm的手机要求苛刻得多。同样,用来测试通道选择性的10MHz频偏内,阻塞要做到-30dBm,而手机仅要求-56dBm。因此,接收器必须具有更高的IIP2和IIP3性能。

相对于手机,Femto基站发射机线性度的指标同样要求非常高。对于WCDMA手机,ACPR规定为-33dBm,而TS25.104Femto基站则为-45dBm左右。

按照TS25.141规定的测试模型1(TM1)测量Tx性能,TM1信号模拟实际的流量情况,pk-avg可能较高。在3.84MHzWCDMA带宽测量最大功率,在5MHz频偏位置测量ACLR。这种情况下,发射ACLR性能主要取决于外部PA。