CDMA基站双工器的选型原则
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电信科学2013年第1期CDMA运营商的LTE制式选择胡乐明(中国电信股份有限公司广东研究院广州510630)摘要:讨论了CDMA运营商的LTE制式选择问题,分析了影响TDD和FDD选择的各种因素,指出LTE FDD是CDMA演进的合理选择,而如果选择TD-LTE,可能会形成通信市场和产业上的一个十分弱小和孤立的特殊双模组合,可能面临互操作性技术困难的问题,成为特殊专有的技术和标准。
极弱的产业链、国际漫游的困难以及网络建设投资增大等问题,会导致在业务经营和长期发展上陷入困难和被动。
关键词:网络演进;CDMA;LTE;TD-LTEdoi:10.3969/j.issn.1000-0801.2013.01.018Selection of LTE’s Duplex Mode for CDMA OperatorHu Leming(Guangdong Research Institute of China Telecom Co.,Ltd.,Guangzhou510630,China)Abstract:The issue of selection of LTE’s duplex mode for CDMA operator was discussed.Based on detail analysison involved factors,it was pointed out that CDMA operator might suffer some serious problems if TDD mode was selected.Key words:network evolution,CDMA,LTE,TD-LTE1CDMA运营商的LTE制式选择问题CDMA网络后续演进的技术制式已经明确为LTE。
在2007年和2008年全球最重要的CDMA运营商包括Verizon、KDDI以及中国电信等相继宣布选择LTE而不是UMB作为向4G演进的标准后,UMB宣告终结,从而明确了LTE作为全球CDMA网络向4G演进的技术标准。
CDMA系统及优化中国电信CDMA20001X基础无线参数设置规范CDMA20001X是一种第三代移动通信技术,它是电信公司使用的一种CDMA系统。
CDMA20001X在中国电信网络中扮演着重要的角色,因此对其进行优化和设置是非常重要的。
CDMA20001X的优化主要包括网络参数的设置和优化、信号覆盖的优化以及数据传输的优化。
在CDMA20001X网络参数的设置方面,首先要设置好基站相关参数,如天线的高度和方位角、发射功率、邻区关系等。
其中,天线的高度和方位角的合理选择对信号的覆盖范围和效果有很大的影响,因此需要在实际情况下进行调整和优化。
另外,发射功率的合理设置有助于平衡基站与终端之间的距离和覆盖效果,也需要根据实际情况进行调整。
邻区关系的设置有助于避免邻区间的干扰,提高信号质量。
在信号覆盖的优化方面,首先要选择合适的基站位置,确保覆盖面积和信号质量。
基站布设时需要考虑到地形地貌、建筑物遮挡等因素,以提供更好的信号覆盖。
同时,还需要根据用户的需求和流量分布情况,合理安排基站的密度和覆盖范围,避免出现信号覆盖不足或过剩的问题。
另外,还需要通过测量和分析信号质量指标,及时调整基站参数和设置,提高信号质量和覆盖范围。
在数据传输的优化方面,可以采取一些优化措施,如增加基站带宽、优化调度算法、增加小区容量等。
增加基站带宽有助于提高数据传输速率和容量。
优化调度算法可以提高网络资源的利用率和用户的体验。
增加小区容量可以增加系统的承载量,提高网络的容量和效果。
总而言之,CDMA20001X的优化主要包括网络参数的设置和优化、信号覆盖的优化以及数据传输的优化。
通过科学合理地设置基站参数、优化信号覆盖和数据传输,可以提高系统性能和用户体验,提高网络的容量和效果。
移动通信的双工方式◆根据信息的传送方向,通信可以分为单工、半双工和全双工三种方式◆信息只能单向传送为单工;◆信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工;◆信息能够同时双向传送则称为全双工。
1.FDD:频分双工(用频段的不同来区分上下行;)2.TDD:时分双工(上下行通信采用同一个频段,但以不同的时隙进行收发。
)TDD技术具有以下优势:(1)频谱效率高,配臵灵活。
由于TDD方式采用非对称频谱,不需要成对的频率,能有效利用各种频率资源,满足LTE系统多种带宽灵活部署的需求。
(2)灵活地设臵上下行转换时刻,实现不对称的上下行业务带宽。
TDD系统可以根据不同类型业务的特点,调整上下行时隙比例,更加灵活地配臵信道资源,特别适用于非对称的IP型数据业务。
但是,这种转换时刻的设臵必须与相邻基站协同进行。
(3)利用信道对称性特点,提升系统性能。
在TDD系统中,上下行工作于同一频率,电波传播的对称特性有利于更好地实现信道估计、信道测量和多天线技术,达到提高系统性能的目的。
(4)设备成本相对较低。
由于TDD模式移动通信系统的频谱利用率高,同样带宽可提供更多的移动用户和更大的容量,降低了移动通信系统运营商提供同样业务对基站的投资;另外,TDD模式的移动通信系统具有上下行信道的互惠性,基站的接收和发送可以共用一些电子设备,从而降低了基站的制造成本。
因此,相比与FDD模式的基站,TDD模式的基站设备具有成本优势。
除了这些独特的优势,TDD 也存在一些明显的不足。
表现在以下几个方面:(1)终端移动速度受限。
在高速移动时,多普勒效应会导致时间选择性衰落,速度越快,衰落深度越深,因此必须要求移动速度不能太高。
以3G系统为例,在目前芯片处理速度和算法的基础上,使用TDD的TD-SCDMA系统中,当数据率为144kbps时,终端的最大移动速度可达250km/h,与FDD系统相比,还有一定的差距。
一般TDD终端的移动速度只能达到FDD终端的一半甚至更低。
TD-SCDMA基站选站及建设要求2. 网通基站选址面临问题网通集团无线网络建设白手起家,南方站址资源极度缺乏;北方各局点站址资源的可用性也值得具体讨论,初始站址选择必然基于数字地图进行。
但在具体实施中,基站选址在很大程度上受到实际条件的影响和制约,图上规划作业的结果并不能充分指导后期基站建设。
在极端情况下,数字地图上按照一定站距规划出的结果甚至可能完全失去指导意义。
由此可见,TD-SCDMA基站的勘察和选址已经脱离了理论规划的范畴,成为与实际场景紧密结合的,具有很强实践性的专门工作。
在基站的勘察与选址中,如何将TD-SCDMA技术的固有特点和具体地物地貌场景相结合,是基站设计的关键问题。
此外,在网络质量保持一定竞争力的前提下,如何通过合理选址,充分利用网通现有资源,结合灵活的站型和天馈设计,实现建设成本的控制也是站址选择工作应解决的重要问题。
3. 勘察选址流程基站选址主要遵循如下流程:(1)了解目标区域人口、经济、地理等基本状况;(2)根据地物地貌特征和人口密集程度对目标区域进行细分(密集市区、一般市区、郊区与农村);(3)在不同典型区域中选出最重要的覆盖目标区域(具体内容见后);(4)对所选目标区域进行详细勘察,确定若干初始布局站点;(5)依据选定的初始站点,在数字地图上按照该站所处区域的典型基站间距确定后续站点搜索圈,直至完成目标区域图上全覆盖;(6)根据步骤5确定的后续站点搜索圈进行现场勘察,确定具体站址;(7)对于拟选站址与原定搜索圈范围相差200米以上的情况,需要返回步骤5,在数字地图上重新规划站点搜索圈;(8)重复步骤7直至确定所有基站备选站址。
说明:(1)最重要的覆盖目标具体包括:对覆盖极其有利的站址、网通营业厅、党政军重要单位场所、繁华区域重点建筑、其它辅助条件具备的站址等;(2)步骤6定义的站址搜索过程进行到典型区划的边缘时,应视相邻区域类型和当地具体情况确定采取何种区域类型下的基站半径和站间距;(3)具体选址过程中,应当把链路预算所确定的基站间距作为主要参考指标,但须同时考虑其它多种具体因素(参见第3节),最终选定站址是上述多种因素的综合结果;上述步骤的输出结果仍然是备选站址,需要输入仿真软件进行验证优化后方可最终确定实施站址。
1CDMA 室外一体化基站技术应用指导意见2目录一基站定义和特点分析二应用指导三主设备选取原则四基站接口需求五基站电源需求CDMA室外一体化基站是一种建站方式:1、主设备类型主要包括“BBU+RRU”、“RRU接入远端施主基站”及“室外型宏基站”三种类型,室外一体化基站主要采用前两种主设备类型;2、基站配套不采用机房,杆塔可以采用抱杆、H型杆、铁塔、通信杆等。
1基站定义32基站特点分析—优势1、配套投资低;Ø无需机房;Ø无需空调;Ø站址租赁成本低;Ø以农村站为例,可比传统基站节省60%的配套费用;452基站特点分析—优势2、缩短建设周期;Ø降低站址获取难度、缩短周期;Ø无需机房,简化站点建设;3、站点安装难度小Ø无需机房;Ø降低业主协调难度;4、提升覆盖性能Ø主设备距离天线近,减少馈线损耗。
3基站特点分析—劣势CDMA室外一体化基站无机房,因此在具备以上优势的同时,也具有如下限制:1、防盗性较差,需要做好防盗措施;2、主设备直接放置于室外,故障几率相对较高,对主设备的防水防尘性能要求高,要求主设备达到IP55防护标准;3、室外UPS直接放置于室外,内置电池容易老化,故障几率相对较高;4、后备放电时间较短:受室外安装UPS条件限制,一般安装150Ah左右蓄电池;5、维护便利性较差。
67目录一基站定义和特点分析二应用指导三主设备选取原则四基站接口需求五基站电源需求81、至少80%的新增基站采用一体化基站,主设备优先使用“BBU+RRU ”、“RRU 接入远端施主基站”这两种类型;2、市区网优站优选“一体化基站+天面绿色环保天馈线”或者“一体化基站+地面通信杆”方式建站;3、除共建共享站点外,农村站及道路覆盖站优选“一体化基站+地面H 杆”方式建站;4、综合考虑投资效益和网络安全需要,适当配备后备电源及防盗措施。
Q.Band 8, W和LTE制式下,对双工器要求是否是一样的?为何双工器的厂家指标某个型号是用于LTE的,而某个型号是用于W的?同样某一些厂家W的灵敏度是OK的,但是LTE的灵敏度却差了很多?隔离度要求没有差别差不多都是50dB ~ 55dB(当然越大越好)主要是因为LTE跟WCDMA的调变不同首先因为LTE的PAR比较大PA效率较差所以耗电流会比WCDMA大(同样输出功率情况下)耗电流越大PCB温度就越高那么RX讯号的Thermal Noise变大当然灵敏度变差同时也因为温度越高则Insertion Loss就越大TX Filter跟RX Filter都会受影响尤其是靠近高信道的信道Insertion Loss会增加更多RX Filter的Insertion Loss变大Noise Figure升高那灵敏度当然变差而TX Filter的Insertion Loss变大会增加PA的Post-loss 而Post-loss越大在天线头目标功率不变情况下意味着你PA输出功率就越大而PA输出功率越大亦即双工器的TX端输入Power越大则温度会越高温度升高就是会让灵敏度变差前面说过了就不再说再来PA输出功率越大其RX Band Noise也会越大缩减了RX讯号的SNR 当然灵敏度变差再来PA输出功率越大则LNA输入端TX讯号就越大亦即LNA越有饱和的风险线性度下降当然灵敏度就变差也因为温度上升会造成灵敏度下降所以LTE的PA跟双工器在Layout上要更注重散热GND Via要多打当然现在普遍导入的Envelope Tracking 也是舒缓散热的一个手段另外SAW Filter还要考虑一个重要因素那就是Power Handling 亦即承受的最大输入功率许多人认为SAW Filter是无源组件不须考虑输入功率错!!SAW Filter当然是无源组件但不代表它的输入功率没有限制我知道有些人会有疑问同样都是Class3LTE的最大输出功率为23 dBmWCDMA的最大输出功率为24 dBm在同一路径情况下肯定是LTE灌入双工器的Power较小换言之就算要考虑输入功率LTE也比WCDMA安全得多啊如果今天WCDMA跟LTE讯号都是恒包络讯号那这样的设想当然正确但因为LTE跟WCDMA 都有用到振幅调变非恒包络讯号PAR不为零因此还必须考虑到PAR的因素前面说过了LTE的PAR较WCDMA大亦即对线性度要求会比WCDMA严格如果以下格计算便可知道虽然LTE的PA输出功率较小但实际上Peak Power却是比WCDMA来得大因此若假设这颗双工器最大输入功率29 dBm则很明显可看出来在Peak Power时其实WCDMA跟LTE都会让双工器呈现饱和状态但不同的是饱和程度有所差异SAW Filter一但饱和其Insertion Loss会增加饱和程度越严重Loss就增加越多故由上图很明显可看出Peak Power时LTE的饱和程度比WCDMA严重亦即Insertion Loss会比WCDMA大则PA的Post-loss也比较大而PA的Post-loss越大其灵敏度劣化程度就越大前面说过就不再说也因此SAW Filter的Power Handling能力是会随调变而有所改变的越高阶的调变PAR越大为了确保Insertion Loss不因饱和而急遽上升则可承受的最大输入功率就越小所以如一开始所说一切都是因为调变不同以至于影响温度跟Power Handling两大因素进而影响灵敏度。
CDMA基本原理、基站结构及故障处理1.CDMA概况:1)CDMA国际上最具代表性的3G技术标准有3种:WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000。
其中TD-SCDMA属于时分双工(TDD)模式,是由中国提出的3G技术标准;而 WCDMA和CDMA2000属于频分双工(FDD)模式,WCDMA技术标准由欧洲和日本提出,CDMA2000技术标准由美国提出。
2)太原CDMA网络全部使用MOTOROLA的网络设备。
现网使用的技术是来自美国的CMDA2000/95。
2.CDMA基本原理:码分多址的概念:CDMA是码分多址(Code-DivisionMultiple Access)技术的缩写,是近年来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术,它能够满足市场对移动通信容量和品质的高要求,具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点,可以大量减少投资和降低运营成本。
1)CDMA是扩频通信的一种,他具有扩频通信的以下特点:(1)抗干扰能力强。
这是扩频通信的基本特点,是所有通信方式无法比拟的。
(2)宽带传输,抗衰落能力强。
(3)由于采用宽带传输,在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多,因此信号好像隐蔽在噪声中;即功率话密度比较低,有利于信号隐蔽。
(4)利用扩频码的相关性来获取用户的信息,抗截获的能力强。
2)在扩频CDMA通信系统中,由于采用了新的关键技术而具有一些新的特点:(1)采用了多种分集方式。
除了传统的空间分集外。
由于是宽带传输起到了频率分集的作用,同时在基站和移动台采用了RAKE接收机技术,相当于时间分集的作用。
(2)采用了话音激活技术和扇区化技术。
因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰有关,采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰,可以使整个系统的容量增大。
(3)采用了移动台辅助的软切换。
通过它可以实现无缝切换,保证了通话的连续性,减少了掉话的可能性。
CDMA无线定位系统的基站选择算法摘要在基于CDMA网络的无线定位系统中,当移动终端处于多个基站的侦收范围时会面临定位基站的选择问题,基站选择的优化可以减少系统资源的占用,并且直接影响系统定位性能。
文中提出采用精度因子的基站选择算法,通过实测验证具有较高的稳定性,并可提高系统的定位精度和实时性,对定位系统的基站架设和系统设计有实际的指导意义。
Abstract Based on its CDMA network in the wireless positioning system, when more mobile terminals at the base of the scope of reconnaissance will be facing the choice of positioning of Basic stations, stations chosen to optimize can reduce the use of resources system, and directly affect the positioning system performance. The article suggested the base Dilution of Precision choice algorithm, it has a high stability through a high altitude test and can enhance the real-time and positioning accuracy of system, and it has lots of practical guidance for stations installed and the system design of positioning system.关键词CDMA网络无线定位系统几何精度因子到达时间(TOA)到达时间差(TDOA)Keywords CDMA network Wireless positioning system Geometric Dilution of Precision Time of arrival Time different of arrival目录Abstract (1)Keywords (1)1 引言 (1)2 主要的CDMA定位技术 (1)2.1基于Cell ID(小区识别)的技术 (1)2.2 基于信号强度的方法 (2)2.3 AOA(Angle of arrival) (2)2.4 基于传播时间的方法 (2)2.4.1 TOA(Time of Arrival) (2)2.4.2 TDOA(Time Different of Arrival) (3)2.5 基于GPS系统的定位技术 (3)2.6 混合定位 (4)2.7 CDMA定位技术的比较与选择 (4)3 CDMA无线定位系统的定位算法 (4)3.1TOA或TDOA的测量值的获得 (4)3.2 定位算法的数学模型 (5)3.3 矢量法计算几何精度因子 (7)3.4 多基站选择算法 (8)4 影响定位误差的主要因素 (8)4.1多径传播 (8)4.2非视距信号(NLOS)传播 (9)4.3 远近效应与多址接入的影响 (9)5 结束语 (9)谢辞 (10)参考文献 (10)1 引言近几年来,移动通信手机定位业务引起了人们的普遍关注,并因其广泛的应用前景得到了很快的发展。
双工器是异频双工电台,中继台的主要配件,其作用是将微弱的接收信号藕合进来,并将较大的发射功率馈送到天线上去,保证接收和发射都能同时正常工作而不相互影响。
它是由两组不同频率的阻带滤波器组成,防止本机发射信号传输到接收机。
〔中继台,是专业无线通讯系统不可缺少的重要设备。
是在无线对讲系统中,用于增大通讯距离,扩展覆盖范围的设备,比方可以扩大车载台、手持对讲机的呼叫范围和通讯能力, 大幅度提高您的工作效率。
〕一般双工器由六个阻带滤波器〔陷波器〕组成,各谐振于发射和接收频率。
接收端滤波器谐振于发射频率,并防指发射功率串入接收机,发射端滤波器谐振于接收频率。
有些双工器不标发射和接收端而只标LOW 和HIGH ,如某双工器LOW=450, HIGH=460, 表示LOW 端可联接4 5 0兆接收机HIGH端联接4 6 0兆发射机,也可将LOW端联接4 5 0兆发射机,HIGH端联接4 6 0兆接收机,收发频率可颠倒使用,但是不能将发射频率4 6 0的机器接置双工器450兆一端以免损坏电台和双工器。
双工器选用:应根据电台发射接收频率定制双工器。
400兆收发频率差10MHZ 双工器的工作带宽在+— 2 5 0 kHZ可保证隔离度9 0 db左右,单频点工作隔离度可达120 db.. 当使用频率超过双工器额定带宽时,收发隔离度将急剧下降发射驻波增大,接收电路因受发射局部影响灵敏度下降不能正常工作。
业余无线中转台U 段一般收发差5兆HZ 使用的双工器采用窄带设计,可保证隔离度不下降但工作带宽变窄为+—100 KHZ. 实践证明使用双工器比用两颗天线收发效果要好。
双工器的原理双工器的结构双工器,又称天线共用器,是一个比拟特殊的双向三端滤波器。
双工器既要将微弱的接受信号藕合进来,又要将较大的发射功率馈送到天线上去,且要求两者各自完成其功能而不相互影响一般的双工器由螺旋振腔体构成,由于其工作频率高,分布参数影响较大?常做成一个密封套体,各信号馈线均用屏蔽效果较好的同轴电缆?腔体形材也要求一定的光洁度,为利于散热,外观常为黑色,三个信号端一般采用标准高频接插件Q9或L16型高频插座无线通讯对双工器的要求双工器用于移动通信和在野外作为无人值守的中转台工作,其本身就决定了它的使用环境和工作条件。
技术文件技术文件名称:CDMA基站双工器的指标设计和选型原则技术文件编号:版本:文件质量等级:共页(包括封面)拟制:CDMA RF 李艳茹模块名称:模块代码:模块提交单位:模块负责人:模块参加者:日期:1 引言 (3)2 双工器和接收预选滤波器的设计与选型 (3)2.1 功能概述 (3)2.2 详细结构 (4)2.3设计思想 (6)2.4 技术要求 (6)2.5 实现形式 (7)3结束语 (8)CDMA基站双工器的指标设计和选型原则摘要本文针对CDMA基站中双工器和接收预选滤波器的各项性能参数和实际使用问题,阐述了基站双工器和接收预选滤波器选型的基本方法和原则。
1引言在现代移动通信的发展中,CDMA移动蜂窝系统以其独特的技术优势,已被越来越多的运营商采用。
双工器和接收预选滤波器作为CDMA基站中的一个重要模块,其性能指标的优劣,质量的好坏,滤波特性要求的高低,直接影响着整个系统的指标和抗干扰能力,以及对其它系统的干扰程度。
在现在多个移动系统并存,无线频率资源紧张的情况下,双工器和接收预选滤波器的正确选用显得尤为重要。
2双工器和接收预选滤波器的设计与选型2.1功能概述双工器模块用在基站射频前端RFE中,它包括一个发信滤波器和一个收信滤波器,位置如图1所示,是RFE中同时完成收发功能的重要模块。
利用此模块可以只使用一副天线完成RF信号的发射和接收,大大节约成本,是频分双工系统中普遍采用的部件。
图1、CDMA系统基站收发信台(BTS)分区制一个扇区天馈单元组成框图CDMA 基站双工器实际上是两个带通滤波器的组合,发射支路和接收支路各有一个滤波器,其功能是:传输本端口信号,滤除(隔离)另一端口信号,对信号预选,保证接收信号和发射信号互不干扰的传输。
发射支路的滤波器主要作用是滤除接收频段的信号,以防其对本路产生干扰;接收支路的滤波器主要作用是滤除发射频段的信号,防止发射信号进入本路引起接收机前级阻塞。
双工器另一个重要作用是保证本系统对外界及外界对本系统干扰最小。
另外在CDMA 基站中,双工器模块还集成有一个高隔离度的双向定向耦合器和一个耦合器,它的信号耦合功能给功率检测、驻波检测及BTM 信号的注入和获取提供信号电平,以使系统完成功率检测功能、驻波告警功能和无线测试功能等。
双工器的性能直接影响系统的发射和接收指标的实现,是RFE 中一个重要的模块。
接收预选滤波器位于分集接收RFE 的最前端,它实际上是一个接收频段的带通滤波器,主要作用是抑制接收频段以外的信号,以防干扰信号进入接收前端,导致接收机无法正常工作。
接收预选滤波器是接收系统中一个不可或缺的部件。
2.2 详细结构双工器模块(DUP )在发射和接收RFE 中位置如图2:LPATRxRCM BTM图2 双工器模块(DUP )在发射和接收RFE 中位置接收预选滤波器(BPF )在分集接收RFE 中位置如图3:图3 接收预选滤波器(BPF )在分集接收RFE 中位置实现框图双工器模块实现框图如图4:TRRTE FWD REV图4 双工器模块实现框图接收预选滤波器实现框图如图5:RTE图5 接收预选滤波器实现框图实现功能1.双工器模块前向链路信号的发射滤波; 反向链路信号的接收滤波; 功率检测信号的耦合; 驻波检测信号的耦合; BTM 信号的注入及获取。
2.接收预选滤波器反向链路信号的接收滤波; BTM 信号的注入。
2.3设计思想在设计过程中主要遵循以下设计思路及规则:可实现性。
双工器模块的主要功能是同时完成信号的发射和接收,为了保证收发信号互不干扰的传输,双工器收发隔离度一定要高,各端口必须匹配良好,其插入损耗要小,以保证信号的发射和接收指标。
由于传输的是CDMA信号,线性度要求较高,在多载波配置中,交调指标要达到系统要求。
另外为了完成信号耦合功能,双工器模块中还设计有一个定向耦合器和一个双向定向耦合器。
双工器模块承受功率要满足系统要求。
对于接收预选滤波器,主要是根据系统要求满足带外抑制指标,插入损耗及端口驻波比亦要求较小。
可靠性。
双工器模块和接收预选滤波器均为无源模块,合理使用情况下,可靠性较高。
低成本。
设计中将双向定向耦合器、定向耦合器与双工滤波器集成在一个腔体结构中,可降低成本。
2.4技术要求双工器实际上是两个滤波器的组合,而滤波器的种类多种多样,按其插入衰减的频率特性分为四种类型:低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器;从响应函数上可分为最平坦型、切比雪夫型、椭圆函数型等;根据其所采用的传输线类型,又可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器及微带线滤波器等;同轴线滤波器又有交指滤波器、梳状线滤波器、同轴腔滤波器等等形式。
因此,在双工器的设计和选用上,首先应根据系统的要求,确定双工器的各项技术指标,如工作频带、插入损耗、端口驻波、带外抑制、交调指标、功率容量、温度特性、机械要求等,根据这些指标要求,综合成本等因素考虑,即可确定由何种形式的滤波器来实现。
下面结合我们CDMA95系统基站中双工器的应用,给出基站双工器的指标设计要求和选型原则。
在CDMA95系统BTS中射频前端分机(RFE)首先必须满足IS-95A和IS-97A 规范中的相关指标要求。
但由于规范中规定的指标要求均为BTS的系统指标,少有可以进行简单分解的,因此难以具体到RFE分机的电性能指标,我们可结合分机中的各组成部件的特点,并参考其他商用系统中的类似部件的电性能指标,从以下几个方面对双工器指标作具体分析。
工作频带首先应确定工作频带,基站系统的发射频率和接收频率已经确定,双工器的通道带宽应能保证发射信号和接收信号的顺利通过,同时考虑到收发抑制的实现和抗干扰性能的要求,频带亦不能定的太宽,否则干扰信号进入接收机,易造成信号阻塞,或使接收机载噪比变差,无法正常工作。
插入损耗、通带纹波和带外抑制对于插入损耗、通带纹波和带外抑制等几项指标应综合考虑,插入损耗直接影响到基站的发射功率和接收灵敏度,对于通带内的插入损耗应尽可能的小,由于BTS杂散传导/辐射指标,IS-97A规定在基站接收频段<-60dBm,基站发射频段<-80dBm,其他频段<-47dBm,这是在TRX内的指标,同时和HPA的线性和RFE分机中滤波器件的带外抑制指标紧密相关。
同时考虑主集天线和分集天线的空间耦合所造成的互相干扰,而在RFE分机中双工器在接收频段起到了预选滤波的作用,因此双工器的收发抑制指标要求较高。
考虑到目前部件的水平,并折衷带外抑制和插入损耗的指标后,双工器的收发抑制为 90dB;而插入损耗Tx→Ant≤1.2dB;Ant→Rx≤1.0dB,可以满足BTS收发及杂散指标。
在CDMA基站双工器中,还集成有一个双向定向耦合器,由于CDMA系统对于前向链路的输出功率要求精确控制,因此对于全频带设计的RFE分机中双工器和双向耦合器的通带纹波和双向耦合度的精度指标要求较高。
考虑到目前部件的水平,并折衷带外抑制和通带纹波的指标,双工器的通带纹波为≤±0.4dB,双向耦合器的通带纹波为≤±0.1dB。
双向耦合度的精度为≤±0.5dB,对于耦合度,可根据系统需耦合信号的大小来确定。
对于带外抑制指标的确定,需要从各方面加以考虑,除了收发抑制要求外,还应特别考虑本系统发射频段的杂散功率对其他系统的影响,以及其它系统的发射信号进入本系统接收信道,形成干扰信号,影响本系统。
例如在现在的CDMA 网络建设中,由于使用的发射频段为870-880MHz,与GSM网络的接收频段890-915MHz相距很近,在两网天线共站址或面对面相距较近时,C网的发射信号及其发射杂散功率就会进入G网的接收机内,造成G网接收信道阻塞,或使其接收灵敏度恶化,网络质量下降,甚至瘫痪。
因此,在设计CDMA基站双工器时,就应充分考虑最坏情况对G网的影响,确定双工器在890-915M处的带外抑制,结合CDMA基站中各部件的实际指标和G网最小干扰电平的要求,经计算可得此频段抑制需大于80dB,而G网也应考虑在最差情况下,C网的发射信号进入其接收前段,引起其载噪比变差,甚至信道阻塞,从而增加其接收前端滤波器的带外抑制,提高其系统的抗干扰能力。
交调指标IMD(Intermodulation Distortion)干扰是影响无线系统性能的重要因素之一。
通常认为IMD只能在有源电路中的非线性器件才能产生,其实在无源器件中也可能产生IMD,我们把它称为PIM。
PIM干扰对无线通讯系统有着极为重要的影响,它将降低整个通讯系统的C/I(Carrier-to-Interference),从而降低整个通讯系统的容量。
只有当PIM大小低于CDMA系统热噪声底时,才能避免PIM对CDMA系统的影响。
CDMA系统的热噪声功率为:P n=KTB=-174+10*log10(1.2288*106)= -113dBm为了更好的满足系统的要求,我们将预留2dB的余量,因此只能当P PIM<-115 dBm时,PIM才不会对CDMA系统造成影响。
在多载波配置的CDMA基站中,双工器交调指标要达到系统要求。
功率容量CDMA基站发射功率较大,一般单载波配置时有20-30W,多载波时功率会更大,双工器模块承受功率要满足系统要求,且应有一定的余量。
对于数字信号系统,一般会包括平均功率和峰值功率容量要求。
CDMA95基站双工器的功率容量要求为平均功率100W,峰值功率1000W。
端口驻波双工器和接收预选滤波器作为基站系统的一个模块,其各端口的驻波比要求要小,以使其和其他部件间匹配良好,减少信号损耗。
2.5实现形式综合以上双工器主要指标的设计要求,同时考虑温度特性、电磁兼容性等,可考虑采用同轴腔体滤波器来实现。
同轴腔体滤波器采用耦合同轴腔结构,准椭圆函数方式实现,Q值高,具有较为理想的通带特性和阻带特性,过渡带陡峭,寄生通带远,它能提供小的插损和高的滤波性能。
机加工则采用数控铣床精密加工,表面处理采用铝板镀银工艺。
同时由于是同轴腔形式,性能指标和电磁兼容性是统一的。
腔体密封好,电磁辐射也小,这是通过机加工精度和合适的螺钉数量来保证的。
由于腔体基本上为一个整体,温度特性亦较好。
同时由于是微波无源部件,可靠性很高,MTBF应该大于200,000小时。
双向耦合器则为经典的平行耦合线设计。
为了降低损耗和通带纹波,同样采用铝板镀银工艺。
需要说明的是在双工器和双向耦合器设计中,二者集成为一体,以减少电缆外部连接,降低损耗,提高了可靠性。
接收预选滤波器的指标设计和选型原则和双工器一样,同样需要从工作频带,插入损耗,带外抑制等指标以及温度特性,机械特性上综合考虑。
另外由于双工器的性能指标基本上是由它的结构尺寸决定的,故有时就需要折衷考虑尺寸和指标的要求,例如在微基站和直放站的应用中,要求双工器的体积小,这就使得在设计双工器时减少腔数或是缩小腔体尺寸,从而增加了损耗,降低了带外抑制。