單通道TD-SCDMA射頻拉遠(yuǎn)單元

程 斌，程知群，張 勝，閆曉鑫

(杭州電子科技大學(xué)射頻電路與系統(tǒng)教育部重點實驗室，浙江杭州310018)

0 引 言

隨著TD—SCDMA技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的不斷成熟以及商用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求的推動，TD-SCDMA室內(nèi)覆蓋方案越來越被人們關(guān)注［1］。用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的強(qiáng)勁需求，使得室內(nèi)業(yè)務(wù)占整網(wǎng)的比重迅速提升。與GSM/WCDMA等頻分FDD系統(tǒng)相比，TD-SCDMA基站室外智能天線部分和室內(nèi)機(jī)柜的連接饋線數(shù)量顯著增加，施工布線難度加大，建設(shè)周期也相應(yīng)延長。面對這種情況，很多通信公司提供一系列分布式基站產(chǎn)品和解決方案來滿足TD-SCDMA各種室內(nèi)覆蓋場景的需求［2］，其中室內(nèi)基帶處理單元(Building Base band Unit，BBU)與射頻拉遠(yuǎn)單元(Remote Radio Unit，RRU)分布式基站系統(tǒng)具有極大的優(yōu)勢。目前，TD-SCDMA已經(jīng)發(fā)展成為一個具有國際競爭力的產(chǎn)業(yè)。伴隨著從系統(tǒng)到終端、從芯片到儀器儀表、從軟件到配套設(shè)備的完整產(chǎn)業(yè)鏈的形成與成熟，TD-SCDMA在產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)、國際化、技術(shù)后續(xù)演進(jìn)等領(lǐng)域也取得長足突破［3］。

1 射頻拉遠(yuǎn)單元設(shè)計

1.1 設(shè)計目標(biāo)

設(shè)計的單通道TD-SCDMA射頻拉遠(yuǎn)單元的性能指標(biāo)要求是:

以上指標(biāo)的確定是根據(jù)TD RRU室內(nèi)覆蓋產(chǎn)品方案提出的，為了達(dá)到用戶室內(nèi)使用的要求，TD芯片的選擇顯得尤為重要。

1.2 器件選取和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定

器件的選取工作作為產(chǎn)品研制的前期工作，對于整個設(shè)計過程都有著極為重要的作用。因為如果器件選取合適，則設(shè)計過程會相對順利，設(shè)計指標(biāo)可以滿足。如果器件選取不合適，則在設(shè)計過程中遇到的問題是由于器件本身特性的限制而引起的，就會重新確定方案增加研制周期和研制成本。

為了滿足系統(tǒng)中所提出的指標(biāo)，所以選取RDA8207作為TD射頻收發(fā)芯片，主要基于幾個因素:

(1)收發(fā)頻段覆蓋，RDA8207能覆蓋TD-SCDMA的A+B頻段。A頻段，1 880－1 920MHz;B頻段，2 010－2 025MHz;

(2)性能指標(biāo)。RDA8207在TD-SCDMA的測試指標(biāo)顯示符合3GPP的要求，通過網(wǎng)上查閱一些相關(guān)單通道TD-SCDMA射頻拉遠(yuǎn)單元的資料，發(fā)現(xiàn)RDA8207基本能實現(xiàn)本文所提出的指標(biāo);

(3)成本。RDA8207集成了收發(fā)鏈路﹑PLL﹑LDO以及Filter，提供了一個完整的解決方案連接天線到基帶的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)，從而消除了昂貴的IF SAW濾波器。射頻VCO，環(huán)路濾波器和調(diào)諧完全集成在芯片上。

整個系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示:

圖1 系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框

2 設(shè)計思路及實現(xiàn)方案

由于本文所設(shè)計的產(chǎn)品是針對TD室內(nèi)覆蓋的，所以就要求設(shè)計時要考慮產(chǎn)品的體積與輻射功率。各個電路的搭建都是針對體積與輻射功率。本文在設(shè)計時也考慮了器件必須能工作在TD的A+B頻段。

2.1 RDA8207 芯片

射頻TD芯片采用RDA公司RDA8207，該芯片集成了射頻收發(fā)鏈路以及PLL和LDO。最重要的是，該芯片提供了發(fā)射和接收的功率調(diào)節(jié)寄存器，可以通過配置不同的寄存器值得到不同的發(fā)射和接收功率，保證設(shè)計出來的產(chǎn)品具有較大的動態(tài)范圍。RDA8207的電路圖如圖2所示:

2.2 RDA8207外圍電路設(shè)計

外圍電路的設(shè)計主要是發(fā)射和接收鏈路的設(shè)計。接收信道設(shè)計需要保證噪聲、增益、靈敏度、臨道抑制滿足系統(tǒng)要求。接收信道噪聲級聯(lián)計算公式為:

式中，F(xiàn) 為總噪聲系數(shù);F1，…，F(xiàn)n為各級噪聲系數(shù);G1，…，Gn－1為各級額定功率增益［4］。

圖2 RDA8207電路圖

根據(jù)噪聲級聯(lián)公式可知，信道噪聲主要決定于系統(tǒng)前端，為了使接收機(jī)的總噪聲系數(shù)小，要求前級的噪聲系數(shù)小、增益高［5］。

在接收信道中用到Balun是起一個阻抗轉(zhuǎn)換的作用。因為接收鏈路阻抗都是50Ohm，而RDA8207的輸入阻抗是200Ohm，所以要用一個Balun把50Ohm轉(zhuǎn)換到200Ohm。接收信道各級器件如表1所示:

發(fā)射信道要要滿足整個系統(tǒng)的APCR以及EVM等指標(biāo)，采用射頻聲表面濾波器主要是為了提高系統(tǒng)的ACPR和EVM，在實際應(yīng)用中，為達(dá)到遠(yuǎn)距離發(fā)射，可以外接功率放大器［6］。

在發(fā)射鏈路上用兩級功率放大器是為了在RDA8207輸出功率較小的情況下可以通過兩級功率放大器的增益來提高發(fā)射鏈路的發(fā)射功率。發(fā)射信道器件列表如表2所示:

表1 接收信道選用射頻器件表

表2 發(fā)射信道選用射頻器件表

3 測試結(jié)果

通過調(diào)節(jié)發(fā)射通路的APC以及配置系統(tǒng)頻率值寄存器，得到實際測試ACPR和EVM的值如表3所示。從表3可以看出，在偏離中心頻點1.6MHz時，系統(tǒng)的ACPR下邊帶值為－42.12dBc，上邊帶值－40.64 dBc。從表3可以知道，系統(tǒng)在中心頻點處的EVM測試結(jié)果，EVM=5.08%rms。

由于TD-SCDMA是一種寬帶的時隙信號，當(dāng)功率增大是存在峰均比，所以線性度是一個很重要的指標(biāo)。本設(shè)計結(jié)果在偏離中心頻點1.6MHz時，系統(tǒng)的ACPR下邊帶值為－42.12dBc，上邊帶值－40.64 dBc，基本能滿足用戶的指標(biāo)需求。如果系統(tǒng)有功率余量，也可以通過功率回退來提高系統(tǒng)的線性度。在中心頻點處系統(tǒng)EVM值為5.08%rms，說明了系信號質(zhì)量在傳輸?shù)倪^程是比較穩(wěn)定的，不存在波動很大的情況，使用戶在室內(nèi)能享受到比較好的TD-SCDMA信號。

表3 測試結(jié)果

4 結(jié)束語

本文成功設(shè)計了一種單通道TD-SCDMA射頻拉遠(yuǎn)單元，通過合理的設(shè)計系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和選擇相應(yīng)的電路模塊，使設(shè)計的系統(tǒng)滿足了所以要求的指標(biāo)，可以在TD-SCDMA基站中得到很好的應(yīng)用。

［1］ 牟劍.TD-SCDMA直放站與RRU的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究［J］.信息通信，2008，4(5):22－25.

［2］ Joy Laskar ，Babak Matinpour ，Sudipto Chakraborty.Modern Receiver Front—Ends Systems，Circuits，and Integration［J］.Published by John Wiley＆Sons，2004，9(5):12 －15.

［3］ 華為技術(shù)有限公司.面向未來商用運營的華為新一代大功率TD-SCDMA RRU［J］.移動通信，2009，1(3):8－10.

［4］ 陳邦嬡.射頻通信電路［M］.北京:科學(xué)出版社，2002:75－79，86－88.

［5］ 劉洋，李燕.TD-SCDMA系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)技術(shù)［J］.移動通信，2007，8(6):19－21.

［6］ 李世鶴.TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)［M］.北京:人民郵電出版社，2003:49－52，119－130.