具有自动电平控制的WCDMA直放站上行链路的研究与设计

1、    具有自动电平控制的WCDMA直放站上行链路的研究与设计        张 丹1， 黎淑兰2， 刘元安1 时间:2008年07月08日     字 体: 大 中 小        关键词:<"cblue" " target='_blank'>直放站<"cblue" &q

2、uot; target='_blank'>链路<"cblue" " target='_blank'>自动电平控制<"cblue" " target='_blank'>本振<"cblue" " target='_blank'>输入信号            ? 摘 要： 提出了一种具有

3、<"cblue" " title="自动电平控制">自动电平控制（ALC）的WCDMA<"cblue" " title="直放站">直放站上行<"cblue" " title="链路">链路系统，详细地分析了系统的上下变频和自动电平控制的原理，并进行了系统级仿真。此系统具有通带内增益高、带外衰减大和输出功率稳定可调的优点。? 关键词： WCDMA? 直放站? 上行链路? 自动电平控制? ? 直放站技术随着移动通

4、信技术的发展而不断发展，从最初的传统意义上的单频直放站1，发展到现今的室内、室外直放站2。随着第三代移动通信技术逐渐进入实施阶段，需要适用于WCDMA的直放站。? 根据GSM直放站原理3，提出了一种带有自动电平控制(ALC)的WCDMA直放站上行链路系统。此直放站为选频式，即将上行频率变频为中频，进行选频限带处理后，再进行上变频恢复为上行频率；采用双ALC分别控制<"cblue" " title="输入信号">输入信号电平和输出信号电平，与常规的ALC4相比，具有更好的控制能力；与ALC5相比，本系统用可变增益<"i

5、nnerlink" " title="放大器">放大器取代可变衰减器，可得到更大的增益控制范围。仿真得出此系统具有通带内增益高、带外衰减大和输出功率稳定可调的优点，适用于WCDMA。1 上行链路系统模型及理论1.1 上行链路的系统模型? 直放站实际上是一种双向信号放大器。所介绍的上行链路系统为滤波放大系统，其系统模型如图1所示。? ? 由直放站天线接收到的WCDMA上行信号进入上行链路系统，首先进入由可控增益放大器、放大电路、峰值检波器和比较放大器组成的输入信号互调电路，这个电路使输入信号的电平稳定以保证系统工作在线性区；此信号再经过射频滤波器和低

6、噪声放大器，进行接收频带选择，滤除上行信号（19201980MHz）带外的频率；然后经过变频系统，将上行频率变频为中频，进行选频限带处理（中频声表滤波、中频放大）后，再进行上变频恢复为上行频率；从射频滤波器输出端口耦合出信号，与峰值检波器、比较放大器和变频前的可控增益放大器组成ALC环路，进行输出信号功率控制；最后射频滤波放大，输出所需的上行信号。1.2 上下变频分析? WCDMA上行频段为1920M1980MHz，属于射频范围，要在众多密集分布、间隔很近的相邻信道中滤出特定的射频信号需要Q值极高的滤波器。若将射频信号的载波频率降低，或者说进行下变频，就可使用普通滤波器实现很好的滤波功能。?

7、图2是直放站上行系统的变频系统框图，包括下变频（射频变为中频）、三级中频低噪声放大、两级中频滤波和上变频（中频变为原射频）。中频滤波器选取中频声表滤波器，其具有体积小、相对带宽较宽、选频特性接近理想、线性相位、带外抑制大和较好的温度特性等，能有效地滤除带外信号。? ? WCDMA上行信号为QPSK（四相键控）调制，因此可假设图2所示的变频系统的输入信号为：vRF(t)=Acos(RFt+K)，K=0,1,2,3,<"cblue" " title="本振">本振信号由系统本振源产生，令下变频器的输入本振信号为vLO(t)=Bcos(L

8、Ot+LO)和上变频器的输入本振信号为vLO(t)=Bcos(LOt+LO)。经下变频器可得:? ? 其中，IF=RF-LO? 再经三级放大和二级中频声表面滤波，可得:? 然后经上变频器，可得:? ? 最后经切比雪夫带通滤波器可得:? ? 若本振源产生的两个本振信号相位信息相同,即LO=LO，则最后该部分输出为:? ? 比较vRF(t)=Acos(RF t+K），K=0,1,2,3和(5)式所表示的信号可知，此信号与原射频信号的相位相同，即携带相同的信息，只是信号的幅值发生了变化。说明此变频系统能够使信号的信息完整透明地传输。? 比较(4)式和(5)式，若要此变频系统正常工作，则必须要求两个本

9、振信号的相位相同；否则，变频系统不能起到良好的滤波作用而造成信号失真。1.3 自动电平控制分析? 特定位置处移动台发出的上行信号不能直接到达基站，需要经直放站转发。但由于移动台与直放站之间远近效应的作用，到达直放站的信号功率存在差异，而且直放站要求转发给基站的信号功率（直放站的输出功率）保持稳定。因此，直放站上行系统必须采用自动电平控制进行输出功率控制。? 图3是自动电平控制系统的组成框图，图中vr为参考电压，通过改变vr的大小控制输出vo的大小；ve=Vo-vr为<"innerlink" " title="运算放大器">运算放大器

10、的输出(在实际应用中通常规定Vo-vr>=0）。ALC环路为反馈控制电路的一种，采用负反馈的工作原理。? ? 为了分析此ALC环路性能，介绍一种S参数近似的线性模型6（见图4）。其中，Kf为环路的前向增益，为峰值检波器的传输函数，为比较放大器的增益函数。? 推导出输出信号vo相对于参考电压vr的转移函数关系为:? 2 系统仿真及性能分析? 使用ADS软件的行为级功能模块实现直放站上行链路的系统级仿真。? 图5 是系统的频带选择性仿真结果，接收带宽为60MHz（如m1和m2点标注所示），与移动终端对WCDMA系统上行链路(19201980MHz)的要求相吻合，而且通带内的波动不超过0.12

11、5 dB。在偏离1.95GHz的中心频率70MHz处可得到35dB左右的衰减（如m3和m4点标注所示）。? 图6是系统的信道选择性仿真结果，中心频率1.95GHz处的增益为81dB（如m1标注所示）；邻道抑制达到了80dB（如m3和m4点标注所示）；通频带宽为4.6MHz（如m1和m2点标注所示），一般接收的信息都集中在离中心频率左右4MHz的范围内，因 此不会导致接收到的信号产生较大的失真；通带内的波动不大于0.15dB。? 图7是系统的变频分析仿真结果，可以看到系统对输入信号的下变频作用，射频输入信号的频谱从1.95GHz的载频（如m1标注所示）被搬移到了150MHz的中频（如m2标注所示

12、），对信号的上变频作用，信号的频谱从150MHz的中频被搬移到了1.95GHz的载频（如m3标注所示）。? ? 图8是系统的ALC性能仿真结果。比较图8（a）中系统的输入、输出信号可以看出，输出信号包络明显地比输入信号包络平坦，输出信号的幅值几乎输入信号而变化，且基本稳定固定值；比较图8（b）和图8（c）中输出信号的幅值可以看出，输出信号的功率随参考电压的增大而增加，证明了控制参考电压即可控制输出的功率。? ? 通过变频理论和ALC原理分析，得到了一种WCDMA直放站上行链路系统，并应用了ADS软件仿真此系统的性能，分析仿真结果得出此系统具有通带内增益大、带外衰减大和输出功率稳定可调的优点。因

13、此，系统适合应用于WCDMA直放站中。参考文献1 SIELMAN P F. A single-frequency communications systemJ. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 1974,23(1):1-8.2 STEVENS P J. Repeaters in PCN and mobile cellular?systemC. Radio Receivers and Associated Systems,1995:154-157.3 苏华鸿，孙孺石，杨孜勤，等. 蜂窝移动通信射频工程.?北京：人民邮电出版社，2005:168-184.4?CHOW H C, WANG I H. High performance automatic?gain control circuit using a S/H peak-detector for ASK ?receiverJ. Digital Object Identifier, 2002,2:429-432.5?NARY K R, TUYL R L.An MMIC amplifier for automatic ?level control applicationsC. IEEE Microwave