新一代基站中接收器通道的设计改进论文

时间：2021-08-31

新一代基站中接收器通道的设计改进论文

　　[摘要]随着移动通信技术的不断更新，基站也必须大幅提高数据传输率及语音传输量以支持新的功能。但若要确保传输的语音清晰和信号准确无误，就需要采用稳定可靠的高性能、高电源效率的信号路径解决方案。本文讨论了有关系统的各种最新要求，并分析怎样挑选合适的元件。

　　[关键词]新一代基站;3G;解决方案

　　0引言

　　世界各国在推动第三代移动通信系统(3C)商用化的同时，已将研究重点转入后3C或4C移动通信的研究，越来越多的研究人员开始转入对新一代移动通信系统的研究。后3G的出现意味着需要测试更多的基站，检查新的更加复杂的参数，同时出现破坏性干扰的概率也正在不断提高。

　　1目前采用的无线设计架构

　　目前，比较流行的基站架构如图所示。它主要由两部分组成，基带处理单元和射频单元，他们之间是通过光纤来连接的，光纤上的标准现在比较流行的是CPRI或OBSAI，不同的基站供应厂商会提供不同的标准。这种架构有很多优点，更加容易覆盖，而且覆盖更加合理，对于基站无线网络的布局也更加有效。因此，现在绝大多数的基站都在采用这一技术的基站运用到无线通信当中。

　　2基站接收器通道的设计考虑与解决方案

　　图1是一典型接收机的架构图，框图当中有两次变频，这就是我们传统的低中频采样方式，之所以采用两次变频，主要是受限于ADC技术的发展。由于在5年前，ADC的采样频率不是很高，所以必须采用一个低中频的方案。随着ADC技术的不断发展，它的采样率越来越高，比特数也在增长，目前可以达到200Msps，这样我们就可以采用一个高中频的'方案。高中频采样是现在比较流行的采样技术，运用较广较多。

　　图1接收机架构图

　　数字信号输出零中频采样。零中频方案由于它自身的缺陷，目前还不能在多载波系统中得到很好的解决，所以零中频方案在实际的系统当中，在多载波当中应用的非常少。

　　射频采样。该技术目前主要是软件无线电接收的架构，同样由于ADC本身技术的限制，目前ADC的采样数在射频采样中不能做的很高，同时它不能保证其全功率带宽能够满足射频采样的需求，所以目前射频采样也没有被采用。

　　2.1模数转换器的技术参数规定

　　在系统设计之初，主要考虑的问题就是频率的选择，即中频放在什么地方，ADC采样率放在什么地方，但由于信号的带宽主要是由标准来决定的，比如WCDMA是3.84M的带宽，多载波只有几个载波，所以设计系统之初对于频率选择的好坏将会对器件的性能要求苛刻，一个好的频率选择，可以放松对一些主要器件性能的要求，比方说ADC的性能。

　　按照传统的尼奎斯特理论，采样率必须是信号带宽的两倍，即f>2 xBH，。但实际当中我们会发现，实际系统中采样率比信号带宽要高得多，这主要是由于，一个高的信号带宽，它可以对镜像抑制，也就是镜像会离有用信号远一些，较易加以滤波，这样一来，在模拟部分和数字部分做镜像抑制是非常容易的。同时，高的采样率会带来较好的基带处理增益，有较高的频带内信噪比，这样也会放松对模拟前端的设计需求。因此，我们最终会发现，ADC的采样率会远远高于信号带宽。那么，在保证输入带宽不变的情况下，只提高采样频率(工)，便可采用信噪比较低的ADC。

　　如果我们将输入的模拟带宽和输入的频率(fN)保持不变，可以改变采样时钟的频率点即采样率便可改变频带内的谐波跌幅，即二次谐波、三次谐波叠加到有用信号的带宽内。

　　2.2接收路径的灵敏度

　　灵敏度是接收机可以接收的最小信号，它决定着整个基站的覆盖范围以及整个基站的容量。影响接收机接收性能的主要因素是噪声，噪声越低，其接收的有用信号也可以越低，这样覆盖范围就会越大。影响接收机的噪声有以下几种：较强的阻塞信号.天线口输入的热噪声(一般是固定值=174);整个接收链路的器件噪声，即器件本身的噪声系数。

　　由于整个接收链当中本振、ADC采样时钟，它们并不是一个理想的单音信号，也会有一定的相位噪声，而相位噪声叠加到有用信号当中同样会使整个信号的噪声提高，这样也就给我们提出了降敏需求，所以在设计中要加入降敏技术，给整个噪声的设计留有一定的余量。

　　2.3数字可变增益放大器(DVGA)及模数转换器信噪比在决定整个系统的噪声系数之前，先决定整个系统的最大增益。

　　最大增益=满标度输入一信号回退一最高阻塞信号目前，最大增益一般都是由其最大的阻塞信号来决定的。信号回退主要是由于目前都是调制信号，都有一定的分均比，比如CDMA信号等。为了保证ADC的不溢出，都要根据其分均比对其做信号回退。满标度输入，即ADC的满量程输入，根据公式可以决定接收机模拟部分的最大增益。但由于一些单载波的信号当中，我们可以在系统中加DVGA，这样可以在输入小信号的时候，增益可以更大些;在输入大信号，其中含有较强阻塞信号的时候，可以把增益变得小一些，这样可以增加整个链路的动态范围。换句话说，即可以降低对ADC的需求。这个一般单载波系统中会用到，但是在多载波系统中，也会加入DVCA，主要是为了补偿通道间的不一致性，以及对一些高低温试验的漂移的补偿。

　　2.3.1模数转换器的最低噪声

　　下图形象的给出了整个噪声包括天线口的热噪声，整个链路的噪声系数，以及一些降敏需求。在ADC输入端整个噪声由天线热噪声、降敏系数、噪声系数以及整个链路的增益决定，通过这些可以计算出ADC输入端的噪声。同时，ADC自身也会有噪声，据设计经验，ADC自身的噪声要比输入端的噪声低lOdB，故ADC的噪声不会决定或改变整个链路的噪声，也就是说，设计瓶颈不在ADC。如果发现ADC噪声与输入噪声很接近的话，说明ADC的精度选择过低，需尝试选高精度的ADC，比如从12比特升到14比特。模数转换器的最低噪声会成为天线加脱敏加最低噪声加增益之外的另一噪声源。

　　图2系统内.噪声的组成

　　2.3.2模数转换器的噪底与信嗓比的关系

　　已知ADC的输入噪声，又知ADC本身的噪声要比输入噪声低lOdB，便可得到ADC的噪底，也可以通过ADC的噪底，反推出该ADC所需要的SNR。根据SNR我们可以要求ADC的精度。

　　以下给出了它们的换算关系：

　　Vroiu=频带内的最低噪声密度视为白噪声(V/rtHzdBm/Hz)

　　可以得到它的SNR及其与噪底间的对应关系。根据已知可以推算出ADC的输入阻抗及其自身的噪底，并相互做比较。根据前面的考虑可以计算出带内的SNR，若SINAD大于解调门限，则系统没有问题，若小于解调门限，必须回头看是哪部分带来的噪声大了，使整个带内的噪声比真正基带的解调门限要小，就必须降低某部分的噪声，来改善SINAD指标。可能是ADC的选择不合适，也可能是模拟部分的噪声系数太高了或者其它的因素。所以，整个频带内的信噪比决定了基站的灵敏度，判断不同厂家基站的好坏，灵敏度是重要的指标。

　　3结论

　　由于新一代的无线网络基站必须有极高的灵敏度、卓越的功率放大器线性表现，以及强劲的噪声抑制能力。因此，基站的不同系统必须经过特别的设计考虑才能符合这些要求。一个高性能的解决方案不仅能够满足基站信号路径的要求，还能解决新一代基站基建设备的系统设计问题。

　　参考文献

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　　[4]新一代基站解决方案【J]，移动通信，2006，5.

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