直放站设计要点.ppt

1、直放站系统设计要点讲座,京信通信技术研发中心 2003年11月08日,课程安排,一、 各类直放站的作用、原理及关键技术 二、 直放站系统设计中的关键技术及分析和应用 三、 直放站系统设计中常用的计算与分析,直放站系统设计要点讲座,讲座内容,从上、下行分离形式分类 从应用形式分类,第一讲各类直放站作用、 原理及关键技术,1、直放站分类,1）从上、下行分离形式分为：频分双工直放站和时分双工直放站,频分双工上、下行分离通过双工器实现,时分双工上、下行分离通过开关切换实现,1、直放站分类,2）从应用形式上分为：,无线载波选频直放站 无线频段选频直放站 光纤直放站 移频直放站 干线放大器 基站放大器,

2、无线载波选频直放站,1、直放站分类,特点： 只转发所需频点的RF信号 收发天线隔离度要求高 一般采用独立载频放大技术，交调指标高 结构复杂，成本高,RF关键技术： 载频选频模块设计如：相互串扰的抑制、结构密集设计 功放的效率, 无线频段选频直放站,1、直放站分类,特点： 对所选频带信号转发，有所需信号，也可能有其它无关信号 收发天线隔离度要求高 结构简单、相对成本低高，但交调指标不如载频选频独立功放 BTS改变工作频率不需要重新设置工作载频,RF关键技术： 大动态选频模块 功放的线性化设计 选频的高矩形系数, 光纤直放站,1、直放站分类, 光纤直放站,1、直放站分类,特点： 利用光纤传输，室内

3、：布线方便，频带宽。 室外：远距离传输一般可达20km 收发天线隔离度要求不高 可与BTS直接耦合，保证信源纯净 一般可用于一拖多远端场合, 光纤直放站,1、直放站分类,RF关键技术： 光收发技术 中继与远端机之间的监控数据传送 实现分集功能 多远端的实现 多远端噪声电平和增益控制及中继端噪声电平控制 光端机高输出宽频噪声电平的控制 举例：假设光端机噪声系数NF=40dB，增益=1dB 则100MHz噪声底：L=-174+10lg100106+40=-54dBm 很容易阻塞后级放大器。, 移频直放站,1、直放站分类,特点： 移频转发，收发天线隔离度要求不高，选址容易 占用频点比同频直放站高一倍

4、 技术复杂、难度大,RF关键技术： 移频选频单元设计（低相噪锁相源、组合杂散防止、低频差和相差） 恒温晶振, 干线放大器,1、直放站分类,特点： 用于室内分布系统，补偿电缆分支分配损耗,RF关键技术： 上、下行功放设计 上行噪声电平控制 下行低噪声系数的实现, 基站放大器,1、直放站分类,1、直放站分类,特点： 三种形式： 塔顶双向功放、塔顶上行放大、基站功率放大器 补偿BTS天线电缆损耗，在天线口恢复发射功率及恢复接收灵敏度,RF关键技术： 大功率下行功放 低噪声上行放大 可靠的旁路技术, 基站放大器,讲座内容,上、下行隔离度考虑 双工器选择考虑 增益调节（ATT）技术 自动电平控制（ALC

5、）技术 中频SAW滤波及选频技术 线性化技术及指标 射频分合路技术 电源技术 EMC设计特别注意,第二讲直放站设计 关键技术,讲座内容,上、下行隔离度考虑 监控技术 系统和RF部件结构设计理念 其它技术,第二讲直放站设计 关键技术,1、上、下行隔离度考虑,1）直放站是一种双向放大器，上、下行支路隔离度不够将引起闭环。,自激的条件：,1、上、下行隔离度考虑,举例： 假设直放增益为97dB，双工器插损2dB，双工 器上行隔离度90dB 则：GD=GU=97dB GD+GU-(R1+R2)=(297)-(290)=140 此状态有可能自激，仅靠90dB双工器不行，而90dB双工器已是比较好指标。解决

6、方案是在上下行链路串入滤波器加大隔离度。,1、上、下行隔离度考虑, 高增益直放站仅靠双工器实现上、下行支路隔离不够 ，需在上、下行链路串接滤波器。可以用中频SAW或RF滤波器来实现。,2）上、下行隔离度设计注意, 对于时分双工直放站，由于收发开关隔离度较低（如30dB），也要靠中间串接开关实现。,如:直放站增益30dB，而收发开关隔离度只有30dB，则需在链路中加开关，以加大收发隔离。,1、上、下行隔离度考虑,2）上、下行隔离度设计注意, 注意上下行过渡带自激产生，滤波器上下行过渡带外抑制要有要求，不仅仅是上、下行隔离度够就OK。,1、上、下行隔离度考虑,2）上、下行隔离度设计注意,2、双工器

7、（收发开关）选择考虑,上行信号分离：充分保证上、下行隔离度足够，保证上、下行及过渡带不自激。如果仍不能保证要串接滤波器,带外不同频点特别抑制：如CDMA的885MHz抑制，远端抑制,2、双工器（收发开关）选择考虑,防止过大上（下）行功放信号进入上（下）行低噪放引起低噪放饱和。,防止宽带噪声谱落入上（下）行低噪放，使噪声系数恶化。,后两种情况对于大功率直放站（如塔放）应引起重视。,假设计PA的增益G=65dB，PA的噪声系数为10dB，双工器隔离度=70dB，低噪声放大器噪声系数为2dB 则：PA的输出宽带噪声底(200kHz ) ： Nout=-121dBm+10+65 =-46dBm 经过双

8、工器衰减后落入上行噪声信号为 ： NPA=-46-70 =-116dBm 而低噪放的输入噪声底：NLNA=-121+2=-119dBm NPANLNA，因此这时等效噪声系数会急剧恶化。,举 例 说 明,举 例 说 明,室外天线用户端CDMA双工器主要指标,举 例 说 明,特别注意：由于塔顶功放靠近BTS，耦合比远小于无线直放站。,塔顶功放双工器主要指标,3、增益调节（ATT）技术,视不同应用场合调节直放站增益和输出功率。 调节直放站输出噪声电平，防止对基站干扰及直放站串并联时噪声平衡。 防止过大信号进入上、下行链路，引起非线性或饱和工作。,1）ATT的作用,ATT作用, 干放ATT,具体典型应

9、用, 无线直放站中的ATT,典型应用, 光纤直放站中的ATT,典型应用,具体典型应用, 移频直放站中的ATT,4、自动电平控制（ALC）技术,保证直放站以额定功率输出，不会因当直放站达到额定功率时，随输入功率增加而输出功率再增加。,保护功放（不超出额定功率）和设备（不至于过热和过载）。,作用,主要指标,起控10dB后，保证交调、杂散、线性等指标,4、自动电平控制（ALC）技术,典型电路,积分常数R5C3,4、自动电平控制（ALC）技术,特别注意,采用标准电路，不用移动制式，R、C取值不一样，不要随便改动,对脉冲信号起控示意图,系统设计应综合考虑ALC，及ALC的副作用 ALC越靠近上、下行支路

10、末级，对前线动态要求越高，有时采用二级ALC,5、中频SAW滤波及选频技术,5、中频SAW滤波及选频技术 1）由于中频SAW矩形系数好等特点，可实现近带外高抑制度。 2）实现可变工作频带。 3）有载频选频、频段选频、带宽可变及移频四种形式。 下面分别介绍实现四种形式的电路。,5、中频SAW滤波及选频技术,载波选频：只有合适频率信号才能通过,频段选频：一频段信号可通过，其它信号被抑制,5、中频SAW滤波及选频技术,频带可变：通过设置不同中心频点和带宽实现 应用灵活，可针对不同应用场合使用。,5、中频SAW滤波及选频技术,移频方式：将工作载频搬移到其它频点，减少收、发天线隔离度,5、中频SAW滤波

11、及选频技术,4）中频SAW滤波器主要指标,* 特别注意指标及影响，f(Hz)=Tcf(ppm/k2)(T) 2 f0 (MHz),5、中频SAW滤波及选频技术,5）混频器的主要指标及特性,本振/射频（工作频段）/中频（工作频段） 混频损耗 本振与射频、本振与中频隔离度 本振功率 输入IP3,注1：当本振功率没有达到额定功率时，混频插入损耗影响较大。 注2：当本振功率达到额定功率时，混频损耗相对稳定,主要指标,5、中频SAW滤波及选频技术,5）混频器的主要指标及特性,特 性,5、中频SAW滤波及选频技术,6）典型上、下变频电路,F1、F2的作用：抑制本振，防止带外组合杂散泄漏 A3、A4的主要作

12、用：防止输入、输出及中频信号通过本振源串扰。,注意：要保证频带范围及全工作范围，混器频足够的本振功率，否则造成高低温情况，增益及波动变差。,6、线性化技术及指标,1）直放站要不失真转发信号，因而直放站上、下行RF支路任一电路都要工作于线性状态，设计中特别注意低噪放、混频器和小信号放大器的性性状态。 2）低噪放、混频器和中小信号放大器线性保证主要是通过功率回退实现的，而功放为保证效率和成本，不能仅通过功率回退实现。 如 单载波GSM信号要求没有CDMA信号严格 功放线性化技术有前馈抵消技术、予失真、功率回退 3）RF线性主要指标： 三阶交调IM3、三阶截获点功率IP3、1dB压缩点功率P-1及邻

13、道抑制ALPR。,7、射频分、合路技术,1）功分器形式 特点： 分配损耗3dB，隔离度20dB，适合微波线制作 输出同相，直放站主要用于功率分配 2）电桥形式 特点： 分配损耗3dB，隔离度高，体积小。 输出不同相，相差180，端口驻波好。 直放站主要用于二载波合路和平衡放大器,7、射频分、合路技术,3）频段分合路技术 特点： 插损小，隔离度高。 适合于两个频段信号分/合路。 直放站主要用于双工器及频段分/合路器,8、电源技术,1）典型京信电源工作原理及接口,特别注意：已定型监控接口电平和电路不要随意改变，以保证新老设备兼容。,8、电源技术,2）电源主要技术指标举例,9、EMC设计特别注意（最

14、容易出现的问题）,1）电源线、数字信号、模拟控制线勿捆扎在一起 2）注意每个模块及监控电路内的去耦滤波即内部干扰勿串入其它电路。 3）注意射频线不得敞口、以防泄漏。 4）电源与模块和电路板勿采用串联形式，供电应采用并联供电。 5）注意每组电源线及端子的容量。,光纤直放站分集技术,塔顶功放分集技术,10、分集技术,11、监控技术,1）本机监控,11、监控技术,2）远程监控,11、监控技术,3）室内监控,12、系统和RF部件结构设计理念,直放站是一种RF功率放大器，首先进行充分热设计。,设计理念,直放站是一种含低、中、高频及数字信号的系统，RF系统及结构设计时应注意EMC设计。,“五化”模块通用化

15、、成本最小化、连接无线化、结构密集化、外形易变化。,13、其它技术,话务量统计技术,其它技术,自激告警及自动消除技术,RF故障检测技术,讲座内容,增益电平分配图 IP3的计算 级联噪声系数 混频器杂散分析与计算 MTBF计算 降额设计,第三讲直放站系统设计 常用计算、分析,1、增益电平分配图,1）目的：通过增益电平分配图分析计算直放站的输入输出RF指标，并实现级间指标的合理分配。,2）典型增益电平分配图,1、增益电平分配图,3）计算说明,各级的最大输出功率是起控10dB后的输出功率（有10dB起控要求）。,输出IP3是ALC起控10dB后计算结果，要注意到起控级增益要减去10dB计算IP3（有

16、10dB起控要求） 。,整机的输入噪声系数是最小增益的噪声系数（有最小增益的噪声系数要求） 。,2、IP3的计算方法,1）IP3与IM3关系,举例：,末级未起控： IP3=37dBm40dBm，因输入各级IP3的裕量 末级起控10dB：IP3=29.59dBm40dBm,2）IP3的级联计算：参考APPCAD,dBm，P是输入（出）功率。,3、级联噪声系数的计算,实际计算可参考APPCAD，如上例NF=5.5dB,（线性值）,噪声系数也可通过直放站输出噪声底估算输入端噪声系数,噪声底：L=-174dBm+NF+GREP （1Hz带宽） GSM： L=-121dBm+NF+GREP （200kH

17、z带宽）,4、混频器杂散分析与计算,1）许多直放站中采用混频电路，RF信号（中频信号）通过混频器后除了有所需的上（下）变频信号外，还有很多不需要的信号，通过杂散的分析与计算就是合适的本振和中频频率，以防止杂散落入工作频带及附近，无法滤除。,混频器的组合分量：fIF=mfRFnfL0 (m,n=0,1N) 分析工具：APPCAD或EXCEL,4、混频器杂散分析与计算,fIF/fL0 =0.125 左右比较合适,举例：假设fRF=935960MHz 中频选择fIF=246MHz，则本振频率fL0=689714MHz 如： 3fL0-2fRF=3714-2948=246MHz 即频率948MHz信号同714MHz（9