無線基站設計人員在巨大的成本壓力下面對未來的走向問題。為了快速上市和節(jié)省成本，需要一個具有小型狀因數(shù)的多載波公共無線電平臺。對于無線電設計，選擇半導體器件是關鍵。高性能集成前端使基站設計人員能獲得降低元件又能滿足多載波無線電嚴格要求的解決方案。本文用幾種設計方法分析一個高集成多載波無線電實例，可以用來改善最佳化無線電性能。
降低成本和節(jié)省空間的公共無線電平臺
當會演變的3G標準和新出現(xiàn)的無線標準(如WiMAX)之間的會聚，需要采用一個公共無線電平臺跨接不同的空中接口標準。對于設備供應商，這種像商品式的方法，允許研發(fā)投資的大量再利用，并能靈活快速地適用性能指標或空中接口的變化。對于運營商在開辦新業(yè)務時，公共平臺無線電接入網(wǎng)絡降低了重新配置的費用。此外，在大城市內(nèi)臺站征收的費用不斷增加，促使了小型基站的開發(fā)。
建造一個公共無線電平臺的一種經(jīng)濟方法是采用單信號鏈路，在400MHz~4GHz范圍內(nèi)，處理大于10MHz的任何信號帶寬。這樣寬大的頻率范圍覆蓋全球，使用商業(yè)無線通信所許可的頻段。對于10MHz以上的帶寬，多載波無線電可以處理多載波WCDMA，TD-SCDMA或CDMA2000，而不用另外的元件。
與單載波設計相比，降低元件數(shù)能大大地節(jié)省板尺寸，并使小型設計成為可能。
圖1示出帶接收分集的一個高集成寬帶無線電實例。TI公司的AFE8406、DAC5687、TRF3703和TRF3761都集成有多頻帶元件，它們可用在這種無線電中。
圖1 20MHz信號帶寬的高集成公共基站無線電
采用復IF正交調(diào)制的好處
在發(fā)送器(TX)端采用復中頻(IF)正交調(diào)制方法。在功率放大器(PA)輸出加一個反饋回路、這是為了處理數(shù)字前失真(DPD)來線性化PA，以改善PA效率。在接收器(RX)端，用高IF取樣。TRF3761是帶集成壓控振蕩器(VCO)的頻率合成器，為上混頻和下混頻產(chǎn)生本機振蕩(LO)頻率。當需要新的空中接口轉(zhuǎn)移或頻率配置變化時，唯一硬件的修改是LO頻率和帶通濾波器。數(shù)據(jù)變換器，數(shù)字上變頻器(DUC)、數(shù)字下變頻器(DDC)和基帶處理的重新配置，通過軟件可以很容易地重新編程。
DAC5687是一款雙通道、16位500MSPS數(shù)/模變換器(DAC)，它具有幾個集成數(shù)字信號處理單元。通常由波峰因數(shù)縮減(CFR)處理器(如GC1115)或數(shù)字前失真處理器產(chǎn)生DAC輸入。用一個復中頻輸入，用DAC5687增加數(shù)據(jù)率，這是通過數(shù)字組混頻(NCO)和/或粗混頻級內(nèi)插(2，4或8)在頻譜中靈活地放置輸出信號而實現(xiàn)的。復DAC5687輸出是到模擬正交調(diào)制器(AQM)TRF3703的輸入。采用復IF調(diào)制的好處分析示于圖2。
圖2示出傳統(tǒng)的實數(shù)IF調(diào)制方法。在實數(shù)混頻的頂部示出復IF調(diào)制所需的附加單元。該實例中的信號很對稱，有20MHz帶寬的3載波W-CDMA信號。
圖2 正交調(diào)制與實數(shù)調(diào)制
帶實數(shù)混頻的RF頻譜示于圖2右上角。它具有以LO頻率為中心對稱的上邊帶和下邊帶。在此情況下，下邊帶抑制是沒有的或0dBc。用復IF調(diào)制，相位信息包含所有到RF調(diào)制器的所有通路。這反映在圖2右下方所示的帶負下邊帶頻率能量的頻譜中。在求和之后，理論上TRF3703輸出將具有雙倍上邊帶能量和零下邊帶能量。
由于I/O失匹，下邊帶抑制實際達到35dBc(未定標)。因此，在復IF系統(tǒng)中去除LO饋通、邊帶和其他寄生分量，而無相位、增益和偏移校正是可能的。此外，在復IF調(diào)制中，非諧波時鐘相關寄生信號脫離感興趣頻帶，而DAC二次Nyquist區(qū)域圖像在實數(shù)IF結(jié)構(gòu)中，由fDAC與FDAC-2xfIF比較進行進一步的補償，這降低了對DAC輸出的濾波要求。因此，DAC和調(diào)制器之間的簡單直接和無源連接是可能實現(xiàn)的。相反，實數(shù)IF系統(tǒng)完全依賴更精確的有源RF濾波來實現(xiàn)滿足頻譜表征碼要求的最后濾波RF傳輸信號。
在RX端，一個低噪聲放大器(LNA為輸入信號提供增益。然后，信號通過一個帶選濾波器抑制帶外阻斷器及來自相鄰頻段的干擾。其后，模擬RF混頻器下變頻所希望的信號到便于數(shù)字化的合適IF。在自動增益控制、另外濾波和放大之后，由集成IF處理信號到基帶接收器子系統(tǒng)。
AFE8406是一款高集成的接收器，它無縫集成一個高性能雙通道14位85MSPS ADC來數(shù)字化IF頻譜，用8通道DDC調(diào)諧和濾波所希望的信號。對于寬帶標準(如W-CDMA，CDMA2000，TD-SCDMA)基帶收發(fā)系統(tǒng)所需的濾波要求，DDC是最佳的，并可以軟件重新配置。這種集成的一個明顯好處是可避免ADC和DDC之間高速板連接。因此，減少了板面積并保持相當好的信號完整性。DDC輸出是很低速的通道濾波數(shù)字信號，此信號由基帶DSP(如TI公司的TMS325TCI648X)解調(diào)。
[!--empirenews.page--]在RX通道中，通常ADC是最重要的噪聲源。ADC的性能因數(shù)是噪聲比(SNR)和無寄生動態(tài)范圍(SFDR)。SNR可以表示為頻譜中信號與噪聲能量之比。用SNR、輸入電壓和終端阻抗，可以計算噪聲系數(shù)。與接收器的其他RF/IF元件相接合，可以確定接收器的總靈敏度。SFD是信號的均方根(RMS)幅度值與最壞寄生的RMS幅度值之比，這是在信號掃經(jīng)ADC輸入范圍情況下。SFDR決定ADC可以處理的信號范圍。AFE8406具有82dBc SFDR(在70MHz IF和70dBc SFDR(在140MHz IF)以及70dB SNR(在70MHz輸入)和68dB SNR(在140MHz輸入)。這種水平的性能對于為多載波接收器設計提供足夠的裕度是必要的。
高IF ADC只需要一個RF混頻級來下變頻RF輸入信號。這減少了所需RF元件數(shù)。更重要的是在較高的Nyquist區(qū)域用IF性能，有助于在進一步下混頻期間分離信號和它的圖像。這就消除了成本高的高階截止圖像抑制濾波器。以W-CDMA設計為例，輸入RF信號是在2140MHz。若所用IF僅70MHz，則LO是：
2140MHz-70MHz=2070MHz
在混頻之后，進入ADC的IF信號是：2140MHz-2070MHz=70MHz
而RF輸入信號的圖像是：
2070MHz-70MHz=2000MHz
RF信號和它的圖像分離是：
2140MHz-2000MHz=140MHz或2×70MHz=140MHz
假若ADC帶寬可以支持140MHz IF，則分離將是：
2×140MHz=280MHz
圖像抑制濾波器的滾降比70MHz IF情況慢兩倍。這允許采用低階濾波器，使得方案成本較便宜。
每個載波成本
從成本觀點看，多載波無線電增加了元件成本，這是由于需要額外成本的IF和混頻信號模擬元件(這些元件提供較寬的帶寬，較低的噪聲、較高的線性度和較高的采樣率)。直接比較單載波設計與多載波設計的成本是不現(xiàn)實的，這是由于開發(fā)的復雜性原因。在鄉(xiāng)村或人口居住較少區(qū)域，采用單載波系統(tǒng)最經(jīng)濟的。然而，多載波系統(tǒng)更適合于中等到密集居住區(qū)，此區(qū)域?qū)π阅苡休^高的要求。隨著多載波數(shù)量的增加，則每個載波的成本也隨之降低。因此，在多載波系統(tǒng)變?yōu)榻?jīng)濟方案之前，運營商必須評估在可靠的方案中喜歡采用多少載波。公共多載波平臺的一個更顯著的成本優(yōu)勢是容易移動。開發(fā)一個新網(wǎng)絡的相關成本可能達到幾百萬美元。但是，假若無線電板保持不變、僅僅數(shù)字上/下變頻和基帶DSP的軟件需要變化，則成本可以顯著降低。
結(jié)語
無線基站設施市場受成本驅(qū)動，小型多載波公共無線電平臺的明顯優(yōu)勢成為設備供應商優(yōu)選方案。高集成混合信號模擬前端(如 AFE8406，DAC5687，TRF3703，TRF3761)使得這種無線電設計大大減少了元件數(shù)量。隨著IC設計和制造技術的發(fā)展，集成無線電產(chǎn)品將會不斷改進基站設計，適應市場的需要。
下載文檔
