直放站設(shè)計要點.ppt

1、直放站系統(tǒng)設(shè)計要點講座,京信通信技術(shù)研發(fā)中心 2003年11月08日,課程安排,一、 各類直放站的作用、原理及關(guān)鍵技術(shù) 二、 直放站系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)及分析和應(yīng)用 三、 直放站系統(tǒng)設(shè)計中常用的計算與分析,直放站系統(tǒng)設(shè)計要點講座,講座內(nèi)容,從上、下行分離形式分類 從應(yīng)用形式分類,第一講各類直放站作用、 原理及關(guān)鍵技術(shù),1、直放站分類,1）從上、下行分離形式分為：頻分雙工直放站和時分雙工直放站,頻分雙工上、下行分離通過雙工器實現(xiàn),時分雙工上、下行分離通過開關(guān)切換實現(xiàn),1、直放站分類,2）從應(yīng)用形式上分為：,無線載波選頻直放站 無線頻段選頻直放站 光纖直放站 移頻直放站 干線放大器 基站放大器,

2、無線載波選頻直放站,1、直放站分類,特點： 只轉(zhuǎn)發(fā)所需頻點的RF信號 收發(fā)天線隔離度要求高 一般采用獨立載頻放大技術(shù)，交調(diào)指標(biāo)高 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高,RF關(guān)鍵技術(shù)： 載頻選頻模塊設(shè)計如：相互串?dāng)_的抑制、結(jié)構(gòu)密集設(shè)計 功放的效率, 無線頻段選頻直放站,1、直放站分類,特點： 對所選頻帶信號轉(zhuǎn)發(fā)，有所需信號，也可能有其它無關(guān)信號 收發(fā)天線隔離度要求高 結(jié)構(gòu)簡單、相對成本低高，但交調(diào)指標(biāo)不如載頻選頻獨立功放 BTS改變工作頻率不需要重新設(shè)置工作載頻,RF關(guān)鍵技術(shù)： 大動態(tài)選頻模塊 功放的線性化設(shè)計 選頻的高矩形系數(shù), 光纖直放站,1、直放站分類, 光纖直放站,1、直放站分類,特點： 利用光纖傳輸，室內(nèi)

3、：布線方便，頻帶寬。 室外：遠距離傳輸一般可達20km 收發(fā)天線隔離度要求不高 可與BTS直接耦合，保證信源純凈 一般可用于一拖多遠端場合, 光纖直放站,1、直放站分類,RF關(guān)鍵技術(shù)： 光收發(fā)技術(shù) 中繼與遠端機之間的監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送 實現(xiàn)分集功能 多遠端的實現(xiàn) 多遠端噪聲電平和增益控制及中繼端噪聲電平控制 光端機高輸出寬頻噪聲電平的控制 舉例：假設(shè)光端機噪聲系數(shù)NF=40dB，增益=1dB 則100MHz噪聲底：L=-174+10lg100106+40=-54dBm 很容易阻塞后級放大器。, 移頻直放站,1、直放站分類,特點： 移頻轉(zhuǎn)發(fā)，收發(fā)天線隔離度要求不高，選址容易 占用頻點比同頻直放站高一倍

4、 技術(shù)復(fù)雜、難度大,RF關(guān)鍵技術(shù)： 移頻選頻單元設(shè)計（低相噪鎖相源、組合雜散防止、低頻差和相差） 恒溫晶振, 干線放大器,1、直放站分類,特點： 用于室內(nèi)分布系統(tǒng)，補償電纜分支分配損耗,RF關(guān)鍵技術(shù)： 上、下行功放設(shè)計 上行噪聲電平控制 下行低噪聲系數(shù)的實現(xiàn), 基站放大器,1、直放站分類,1、直放站分類,特點： 三種形式： 塔頂雙向功放、塔頂上行放大、基站功率放大器 補償BTS天線電纜損耗，在天線口恢復(fù)發(fā)射功率及恢復(fù)接收靈敏度,RF關(guān)鍵技術(shù)： 大功率下行功放 低噪聲上行放大 可靠的旁路技術(shù), 基站放大器,講座內(nèi)容,上、下行隔離度考慮 雙工器選擇考慮 增益調(diào)節(jié)（ATT）技術(shù) 自動電平控制（ALC

5、）技術(shù) 中頻SAW濾波及選頻技術(shù) 線性化技術(shù)及指標(biāo) 射頻分合路技術(shù) 電源技術(shù) EMC設(shè)計特別注意,第二講直放站設(shè)計 關(guān)鍵技術(shù),講座內(nèi)容,上、下行隔離度考慮 監(jiān)控技術(shù) 系統(tǒng)和RF部件結(jié)構(gòu)設(shè)計理念 其它技術(shù),第二講直放站設(shè)計 關(guān)鍵技術(shù),1、上、下行隔離度考慮,1）直放站是一種雙向放大器，上、下行支路隔離度不夠?qū)⒁痖]環(huán)。,自激的條件：,1、上、下行隔離度考慮,舉例： 假設(shè)直放增益為97dB，雙工器插損2dB，雙工 器上行隔離度90dB 則：GD=GU=97dB GD+GU-(R1+R2)=(297)-(290)=140 此狀態(tài)有可能自激，僅靠90dB雙工器不行，而90dB雙工器已是比較好指標(biāo)。解決

6、方案是在上下行鏈路串入濾波器加大隔離度。,1、上、下行隔離度考慮, 高增益直放站僅靠雙工器實現(xiàn)上、下行支路隔離不夠 ，需在上、下行鏈路串接濾波器?？梢杂弥蓄lSAW或RF濾波器來實現(xiàn)。,2）上、下行隔離度設(shè)計注意, 對于時分雙工直放站，由于收發(fā)開關(guān)隔離度較低（如30dB），也要靠中間串接開關(guān)實現(xiàn)。,如:直放站增益30dB，而收發(fā)開關(guān)隔離度只有30dB，則需在鏈路中加開關(guān)，以加大收發(fā)隔離。,1、上、下行隔離度考慮,2）上、下行隔離度設(shè)計注意, 注意上下行過渡帶自激產(chǎn)生，濾波器上下行過渡帶外抑制要有要求，不僅僅是上、下行隔離度夠就OK。,1、上、下行隔離度考慮,2）上、下行隔離度設(shè)計注意,2、雙工器

7、（收發(fā)開關(guān)）選擇考慮,上行信號分離：充分保證上、下行隔離度足夠，保證上、下行及過渡帶不自激。如果仍不能保證要串接濾波器,帶外不同頻點特別抑制：如CDMA的885MHz抑制，遠端抑制,2、雙工器（收發(fā)開關(guān)）選擇考慮,防止過大上（下）行功放信號進入上（下）行低噪放引起低噪放飽和。,防止寬帶噪聲譜落入上（下）行低噪放，使噪聲系數(shù)惡化。,后兩種情況對于大功率直放站（如塔放）應(yīng)引起重視。,假設(shè)計PA的增益G=65dB，PA的噪聲系數(shù)為10dB，雙工器隔離度=70dB，低噪聲放大器噪聲系數(shù)為2dB 則：PA的輸出寬帶噪聲底(200kHz ) ： Nout=-121dBm+10+65 =-46dBm 經(jīng)過雙

8、工器衰減后落入上行噪聲信號為 ： NPA=-46-70 =-116dBm 而低噪放的輸入噪聲底：NLNA=-121+2=-119dBm NPANLNA，因此這時等效噪聲系數(shù)會急劇惡化。,舉 例 說 明,舉 例 說 明,室外天線用戶端CDMA雙工器主要指標(biāo),舉 例 說 明,特別注意：由于塔頂功放靠近BTS，耦合比遠小于無線直放站。,塔頂功放雙工器主要指標(biāo),3、增益調(diào)節(jié)（ATT）技術(shù),視不同應(yīng)用場合調(diào)節(jié)直放站增益和輸出功率。 調(diào)節(jié)直放站輸出噪聲電平，防止對基站干擾及直放站串并聯(lián)時噪聲平衡。 防止過大信號進入上、下行鏈路，引起非線性或飽和工作。,1）ATT的作用,ATT作用, 干放ATT,具體典型應(yīng)

9、用, 無線直放站中的ATT,典型應(yīng)用, 光纖直放站中的ATT,典型應(yīng)用,具體典型應(yīng)用, 移頻直放站中的ATT,4、自動電平控制（ALC）技術(shù),保證直放站以額定功率輸出，不會因當(dāng)直放站達到額定功率時，隨輸入功率增加而輸出功率再增加。,保護功放（不超出額定功率）和設(shè)備（不至于過熱和過載）。,作用,主要指標(biāo),起控10dB后，保證交調(diào)、雜散、線性等指標(biāo),4、自動電平控制（ALC）技術(shù),典型電路,積分常數(shù)R5C3,4、自動電平控制（ALC）技術(shù),特別注意,采用標(biāo)準(zhǔn)電路，不用移動制式，R、C取值不一樣，不要隨便改動,對脈沖信號起控示意圖,系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)綜合考慮ALC，及ALC的副作用 ALC越靠近上、下行支路

10、末級，對前線動態(tài)要求越高，有時采用二級ALC,5、中頻SAW濾波及選頻技術(shù),5、中頻SAW濾波及選頻技術(shù) 1）由于中頻SAW矩形系數(shù)好等特點，可實現(xiàn)近帶外高抑制度。 2）實現(xiàn)可變工作頻帶。 3）有載頻選頻、頻段選頻、帶寬可變及移頻四種形式。 下面分別介紹實現(xiàn)四種形式的電路。,5、中頻SAW濾波及選頻技術(shù),載波選頻：只有合適頻率信號才能通過,頻段選頻：一頻段信號可通過，其它信號被抑制,5、中頻SAW濾波及選頻技術(shù),頻帶可變：通過設(shè)置不同中心頻點和帶寬實現(xiàn) 應(yīng)用靈活，可針對不同應(yīng)用場合使用。,5、中頻SAW濾波及選頻技術(shù),移頻方式：將工作載頻搬移到其它頻點，減少收、發(fā)天線隔離度,5、中頻SAW濾波

11、及選頻技術(shù),4）中頻SAW濾波器主要指標(biāo),* 特別注意指標(biāo)及影響，f(Hz)=Tcf(ppm/k2)(T) 2 f0 (MHz),5、中頻SAW濾波及選頻技術(shù),5）混頻器的主要指標(biāo)及特性,本振/射頻（工作頻段）/中頻（工作頻段） 混頻損耗 本振與射頻、本振與中頻隔離度 本振功率 輸入IP3,注1：當(dāng)本振功率沒有達到額定功率時，混頻插入損耗影響較大。 注2：當(dāng)本振功率達到額定功率時，混頻損耗相對穩(wěn)定,主要指標(biāo),5、中頻SAW濾波及選頻技術(shù),5）混頻器的主要指標(biāo)及特性,特 性,5、中頻SAW濾波及選頻技術(shù),6）典型上、下變頻電路,F1、F2的作用：抑制本振，防止帶外組合雜散泄漏 A3、A4的主要作

12、用：防止輸入、輸出及中頻信號通過本振源串?dāng)_。,注意：要保證頻帶范圍及全工作范圍，混器頻足夠的本振功率，否則造成高低溫情況，增益及波動變差。,6、線性化技術(shù)及指標(biāo),1）直放站要不失真轉(zhuǎn)發(fā)信號，因而直放站上、下行RF支路任一電路都要工作于線性狀態(tài)，設(shè)計中特別注意低噪放、混頻器和小信號放大器的性性狀態(tài)。 2）低噪放、混頻器和中小信號放大器線性保證主要是通過功率回退實現(xiàn)的，而功放為保證效率和成本，不能僅通過功率回退實現(xiàn)。 如 單載波GSM信號要求沒有CDMA信號嚴(yán)格 功放線性化技術(shù)有前饋抵消技術(shù)、予失真、功率回退 3）RF線性主要指標(biāo)： 三階交調(diào)IM3、三階截獲點功率IP3、1dB壓縮點功率P-1及鄰

13、道抑制ALPR。,7、射頻分、合路技術(shù),1）功分器形式 特點： 分配損耗3dB，隔離度20dB，適合微波線制作 輸出同相，直放站主要用于功率分配 2）電橋形式 特點： 分配損耗3dB，隔離度高，體積小。 輸出不同相，相差180，端口駐波好。 直放站主要用于二載波合路和平衡放大器,7、射頻分、合路技術(shù),3）頻段分合路技術(shù) 特點： 插損小，隔離度高。 適合于兩個頻段信號分/合路。 直放站主要用于雙工器及頻段分/合路器,8、電源技術(shù),1）典型京信電源工作原理及接口,特別注意：已定型監(jiān)控接口電平和電路不要隨意改變，以保證新老設(shè)備兼容。,8、電源技術(shù),2）電源主要技術(shù)指標(biāo)舉例,9、EMC設(shè)計特別注意（最

14、容易出現(xiàn)的問題）,1）電源線、數(shù)字信號、模擬控制線勿捆扎在一起 2）注意每個模塊及監(jiān)控電路內(nèi)的去耦濾波即內(nèi)部干擾勿串入其它電路。 3）注意射頻線不得敞口、以防泄漏。 4）電源與模塊和電路板勿采用串聯(lián)形式，供電應(yīng)采用并聯(lián)供電。 5）注意每組電源線及端子的容量。,光纖直放站分集技術(shù),塔頂功放分集技術(shù),10、分集技術(shù),11、監(jiān)控技術(shù),1）本機監(jiān)控,11、監(jiān)控技術(shù),2）遠程監(jiān)控,11、監(jiān)控技術(shù),3）室內(nèi)監(jiān)控,12、系統(tǒng)和RF部件結(jié)構(gòu)設(shè)計理念,直放站是一種RF功率放大器，首先進行充分熱設(shè)計。,設(shè)計理念,直放站是一種含低、中、高頻及數(shù)字信號的系統(tǒng)，RF系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意EMC設(shè)計。,“五化”模塊通用化

15、、成本最小化、連接無線化、結(jié)構(gòu)密集化、外形易變化。,13、其它技術(shù),話務(wù)量統(tǒng)計技術(shù),其它技術(shù),自激告警及自動消除技術(shù),RF故障檢測技術(shù),講座內(nèi)容,增益電平分配圖 IP3的計算 級聯(lián)噪聲系數(shù) 混頻器雜散分析與計算 MTBF計算 降額設(shè)計,第三講直放站系統(tǒng)設(shè)計 常用計算、分析,1、增益電平分配圖,1）目的：通過增益電平分配圖分析計算直放站的輸入輸出RF指標(biāo)，并實現(xiàn)級間指標(biāo)的合理分配。,2）典型增益電平分配圖,1、增益電平分配圖,3）計算說明,各級的最大輸出功率是起控10dB后的輸出功率（有10dB起控要求）。,輸出IP3是ALC起控10dB后計算結(jié)果，要注意到起控級增益要減去10dB計算IP3（有

16、10dB起控要求） 。,整機的輸入噪聲系數(shù)是最小增益的噪聲系數(shù)（有最小增益的噪聲系數(shù)要求） 。,2、IP3的計算方法,1）IP3與IM3關(guān)系,舉例：,末級未起控： IP3=37dBm40dBm，因輸入各級IP3的裕量 末級起控10dB：IP3=29.59dBm40dBm,2）IP3的級聯(lián)計算：參考APPCAD,dBm，P是輸入（出）功率。,3、級聯(lián)噪聲系數(shù)的計算,實際計算可參考APPCAD，如上例NF=5.5dB,（線性值）,噪聲系數(shù)也可通過直放站輸出噪聲底估算輸入端噪聲系數(shù),噪聲底：L=-174dBm+NF+GREP （1Hz帶寬） GSM： L=-121dBm+NF+GREP （200kH

17、z帶寬）,4、混頻器雜散分析與計算,1）許多直放站中采用混頻電路，RF信號（中頻信號）通過混頻器后除了有所需的上（下）變頻信號外，還有很多不需要的信號，通過雜散的分析與計算就是合適的本振和中頻頻率，以防止雜散落入工作頻帶及附近，無法濾除。,混頻器的組合分量：fIF=mfRFnfL0 (m,n=0,1N) 分析工具：APPCAD或EXCEL,4、混頻器雜散分析與計算,fIF/fL0 =0.125 左右比較合適,舉例：假設(shè)fRF=935960MHz 中頻選擇fIF=246MHz，則本振頻率fL0=689714MHz 如： 3fL0-2fRF=3714-2948=246MHz 即頻率948MHz信號同714MHz（9