圖 1 顯示了家庭基站概念。傳統(tǒng)基站用于提供廣域覆蓋，而家庭基站用于在住宅等小型區(qū)域中提供無(wú)線(xiàn)覆蓋。家庭基站通過(guò)用戶(hù)的互聯(lián)網(wǎng)寬帶連接將移動(dòng)手機(jī)的通信流量路由至網(wǎng)絡(luò)，因此減輕了無(wú)線(xiàn)電通信網(wǎng)絡(luò)的通信流量。家庭基站不僅可以提高網(wǎng)絡(luò)容量，同時(shí)還減少了信號(hào)的回程路徑、降低了功耗以及運(yùn)營(yíng)商的維護(hù)成本。此外，它還使運(yùn)營(yíng)商能夠參與競(jìng)爭(zhēng)，從而為信號(hào)覆蓋不佳的家庭提供通信服務(wù)。運(yùn)營(yíng)商可以通過(guò)增加用戶(hù)的手機(jī)月費(fèi)來(lái)補(bǔ)貼家庭基站的投入成本。當(dāng)處于家庭基站的覆蓋區(qū)域內(nèi)時(shí)，所有的手機(jī)費(fèi)用都包括在家庭開(kāi)銷(xiāo)預(yù)算內(nèi)，允許無(wú)限制地使用語(yǔ)音和數(shù)據(jù)，而不會(huì)產(chǎn)生很高的月度費(fèi)用。由于距離家庭基站很近，因此不僅可以達(dá)到很高的連接質(zhì)量，而且還可以降低手機(jī)的電池耗電量。家庭基站克服了來(lái)自基站的 3G 信號(hào)穿透墻壁的局限性，允許高速訪(fǎng)問(wèn)移動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)，例如瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、下載音樂(lè)和在手機(jī)上觀看視頻。

 

圖 1. Femto 基站與宏基站對(duì)比。

 

與 Wi-Fi 路由器類(lèi)似，家庭基站也基于久經(jīng)考驗(yàn)的無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)（UMTS、CDMA）。它與許多新興的標(biāo)準(zhǔn)兼容，能夠利用運(yùn)營(yíng)商擁有的頻段提供高效、強(qiáng)大的無(wú)線(xiàn)連接。由于它兼容現(xiàn)有的手機(jī)，這種連接對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)是透明的。與將數(shù)十或數(shù)百個(gè)基站聚集到核心網(wǎng)絡(luò)的宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)不同，家庭基站網(wǎng)關(guān)必須管理數(shù)千甚至數(shù)百萬(wàn)個(gè)家庭基站節(jié)點(diǎn)。

 

由于必須提供與無(wú)線(xiàn)電通信基站相當(dāng)?shù)姆?wù)質(zhì)量 (QoS)，并且成本必須與手機(jī)類(lèi)似，家庭基站給無(wú)線(xiàn)電設(shè)計(jì)師帶來(lái)了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。家庭基站必須提供高質(zhì)量的語(yǔ)音服務(wù)和高速移動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)（EVDO 和 HSPA），而且使用成本必須僅相當(dāng)于宏節(jié)點(diǎn)的一小部分。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，家庭基站的設(shè)計(jì)必須利用低成本的制造技術(shù)以及高度集成的電路來(lái)縮短校準(zhǔn)和測(cè)試時(shí)間。由于家庭基站應(yīng)用于家庭，所以它們必須小巧、成本低且可由用戶(hù)自行安裝。雖然家庭基站的發(fā)射功率較低 —大約為 100 mW—，但必須注意無(wú)線(xiàn)環(huán)境問(wèn)題，以減輕干擾，滿(mǎn)足監(jiān)管要求。3G 家庭基站必須監(jiān)測(cè) UMTS 信道以檢測(cè)附近的基站，并且還應(yīng)監(jiān)測(cè) GSM 信道，以便當(dāng)用戶(hù)離開(kāi)家庭基站區(qū)域時(shí)，可以進(jìn)行恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)切換。

 

家庭基站可被視為兩種截然不同的功能：模擬前端和基帶處理器。作為本文討論的主題，前端用于將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成發(fā)射電路中的 RF 信號(hào)，并在接收鏈中將 RF 信號(hào)轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。在設(shè)計(jì)前端時(shí)，需要在集成度和性能之間進(jìn)行取舍。雖然離散型解決方案可以定制以提供最佳的性能，但是其成本對(duì)于家庭基站來(lái)說(shuō)是不可接受的。相反，完全集成型解決方案可以提供最低的成本，但性能可能稍嫌不足。

 

圖 2. 基于 ADI 芯片組實(shí)現(xiàn)的家庭基站模擬前端。

 

圖 2 顯示了一個(gè)在 UMTS 頻段 1 中支持本地基站工作并在 850 MHz、900 MHz、1800 MHz、1900 MHz 和 2100 MHz 頻段中監(jiān)測(cè)信號(hào)的家庭基站的高級(jí)框圖。AD98631 混合信號(hào)前端 (MxFE®) 基帶收發(fā)器、ADF46022 集成無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器、ADL55423 和 ADL53204 線(xiàn)性放大器、開(kāi)關(guān)、濾波器以及其他相關(guān)支持電路共同構(gòu)成了一個(gè)緊湊、高性能的家庭基站前端。下面詳細(xì)說(shuō)明了框圖中突出顯示的模塊。

 

在發(fā)射端，數(shù)字基帶將 12 位并行數(shù)據(jù)流饋入 AD9863，在此，數(shù)據(jù)流被轉(zhuǎn)換成模擬 I/Q 基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)由 ADF4602 轉(zhuǎn)換成 RF 信號(hào)，然后經(jīng) ADL5542 和 ADL5320 增益級(jí)放大后發(fā)送到雙工器。功率檢測(cè)器用于監(jiān)測(cè) RF 輸出。單極六投 (SP6T) 開(kāi)關(guān)用于選擇哪個(gè)發(fā)射或接收監(jiān)測(cè)鏈連接到單個(gè)天線(xiàn)。該信號(hào)鏈在 RF 輸出連接器處提供 13 dBm 的輸出功率，滿(mǎn)足了 3GPP 標(biāo)準(zhǔn) TS25.104 標(biāo)準(zhǔn)中定義的發(fā)射 ACLR 規(guī)格。

 

接收鏈包括用于監(jiān)測(cè)主路徑的表面聲波 (SAW) 濾波器和 SPDT 開(kāi)關(guān)。匹配模塊由適用于每個(gè)接收端口的簡(jiǎn)單串聯(lián)/并聯(lián)電抗器組成。ADF4602 具有三個(gè)接收器輸入引腳：一個(gè)用于頻段 1，另外兩個(gè)分別用于高頻段監(jiān)測(cè)功能和低頻段監(jiān)測(cè)功能。頻段 1 接收功能可在 1960 MHz（用于接收上行信號(hào)）和 2140 MHz（用于監(jiān)測(cè)下行頻率）之間切換。ADF4602 降頻并過(guò)濾所選的 RF 信號(hào)以獲得基帶 I/Q 信號(hào)。基帶信號(hào)由 AD9863 中的雙 ADC 進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)換成適用于數(shù)字基帶的雙 12 位并行比特流。

 

這種功能分區(qū)為設(shè)計(jì)師提供了靈活性，從而確保信號(hào)鏈高性能運(yùn)行，并允許選擇轉(zhuǎn)換器的速度和分辨率以滿(mǎn)足應(yīng)用場(chǎng)合的要求。ADI 解決方案使設(shè)計(jì)師可以將模擬前端與市售的基帶功能結(jié)合起來(lái)，從而加快家庭基站設(shè)計(jì)的上市速度，同時(shí)隨著家庭基站市場(chǎng)的成熟，還具有能在未來(lái)整合 ADI 技術(shù)的好處。

 

ADF4602 集成無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器

 

ADF4602（如圖 3 所示）不僅是一個(gè)提供無(wú)與倫比的集成能力的 3G 收發(fā)器，同時(shí)還是一個(gè)非常適合高性能 3G 家庭基站的功能組。接收器基于直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)，是高度集成的寬帶 CDMA (W-CDMA) 接收器的理想選擇，同時(shí)它還安全集成了所有級(jí)間濾波器，因此縮減了物料清單 (BOM)。接收基帶濾波器提供可選擇的帶寬，因此既允許接收 W-CDMA 無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，也允許接收 GSM-EDGE 無(wú)線(xiàn)電信號(hào)?？蛇x擇的帶寬與多頻段 LNA 輸入結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使得 GSM/EDGE 信號(hào)可作為 UMTS 家庭基站的一部分進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

 

ADF4602 包含兩個(gè)完全集成的可編程頻率合成器，用于產(chǎn)生發(fā)射和接收本機(jī)振蕩器 (LO) 信號(hào)。該設(shè)計(jì)采用小數(shù) N 分頻架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)低噪聲和快速的鎖定時(shí)間。已為發(fā)射和接收合成器完全集成了所有必要的元件，包括環(huán)路濾波器、VCO 和諧振元件。VCO 以高頻段頻率的兩倍和低頻段頻率的四倍運(yùn)行，最大限度地降低了 VCO 在所需頻率下的泄漏功率以及 VCO 的調(diào)諧范圍要求。VCO 采用多頻段結(jié)構(gòu)以覆蓋寬泛的工作頻率范圍。設(shè)計(jì)結(jié)合了頻率校準(zhǔn)和幅度校準(zhǔn)功能，以確保振蕩器始終發(fā)揮最佳的性能。完全獨(dú)立的校準(zhǔn)可在 200 µs 的 PLL 鎖定時(shí)間內(nèi)完成，無(wú)需用戶(hù)輸入。片內(nèi) VCO 輸出被饋送到調(diào)諧緩沖器級(jí)，然后饋送到正交信號(hào)發(fā)生電路中。調(diào)諧緩沖器可以確保在 VCO 傳輸過(guò)程中產(chǎn)生最小的電流和最少的與 LO 相關(guān)的噪聲。正交信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生高精度的、用于驅(qū)動(dòng)調(diào)制器和解調(diào)器的相位信號(hào)。此外，還采取了特別的預(yù)防措施，以在發(fā)射和接收鏈之間提供頻分雙工 (FDD) 系統(tǒng)所要求的隔離。

 

圖 3. ADF4602 結(jié)構(gòu)框圖。

 

接收器前端包括三個(gè)高性能單端低噪聲放大器 (LNA)，從而使器件支持三頻段應(yīng)用場(chǎng)合。兩個(gè)放大器適合在從 1800 MHz 到 2170 MHz 的高頻段工作，另一個(gè)放大器適合在從 824 MHz 到 960 MHz 的頻段范圍內(nèi)工作。此外，還完全集成了級(jí)間 RF 濾波功能，以確保外部帶外阻斷器在混頻級(jí)之前恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行信號(hào)衰減。單端 50 ? 輸入結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了連接，并減少了小尺寸單端雙工器所需的匹配元件數(shù)量。卓越的器件線(xiàn)性度允許在使用各種 SAW 和陶瓷濾波雙工器時(shí)獲得出色的性能。

 

高線(xiàn)性度解調(diào)器電路用于將 RF 信號(hào)轉(zhuǎn)換成基帶同相和正交分量。包括兩個(gè)解調(diào)器部分：一個(gè)優(yōu)化用于高頻段 LNA 輸出，另一個(gè)優(yōu)化用于低頻段輸出。高頻段和低頻段輸出結(jié)合在一起，直接傳輸?shù)交鶐У屯V波器的第一級(jí)，這可以在基帶放大之前減少最大的阻斷信號(hào)。接收器合成器部分通過(guò) VCO 分配系統(tǒng)為混頻器正交 LO 驅(qū)動(dòng)?？删幊痰姆诸l器允許對(duì)高頻段和低頻段使用相同的 VCO。解調(diào)器和 VCO 分配電路經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)和布局，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的 90° 正交相位和幅度匹配。

 

基帶部分包含分布式增益和濾波功能，能夠提供最大為 54 dB 的增益和 60 dB 的增益控制范圍。通過(guò)精心設(shè)計(jì)，可以將通帶紋波、群延時(shí)、信號(hào)損耗和功耗保持在最低水平。濾波器在在制造過(guò)程中進(jìn)行了校準(zhǔn)，可以提供高水平的精度且易于使用。提供兩種可選擇的七 階基帶濾波器：一種用于 W-CDMA，具有 1.92 MHz 的截止頻率；另一種適用于 GSM，具有 100 kHz 的截止頻率。

 

在 W-CDMA 模式下，ADF4602 可以在整個(gè)接收信號(hào)鏈中提供 102 dB 的增益和 90 dB 的增益控制范圍。RF 前端包含 30 dB 的控制范圍：LNA 中為 18 dB，混頻器跨導(dǎo)級(jí)中為 12 dB。兩個(gè)基帶有源濾波器級(jí)各自提供 18 dB 的增益控制范圍，調(diào)節(jié)步進(jìn)為 6 dB。這可以在三個(gè) 12 dB 的步進(jìn)中實(shí)現(xiàn) 36 dB 的總增益控制范圍?？勺?cè)鲆娣糯笃?(VGA) 可以實(shí)現(xiàn) 24 dB 的增益控制范圍，調(diào)節(jié)步進(jìn)為 1 dB。為了簡(jiǎn)化編程并確保最佳的接收器性能和動(dòng)態(tài)范圍，只需對(duì)所需的總接收增益進(jìn)行編程即可；ADF4602 可以解碼增益設(shè)置并在不同模塊之間自動(dòng)分配增益。

 

發(fā)射器采用一種創(chuàng)新的直接變頻調(diào)制器，不僅可以實(shí)現(xiàn)高線(xiàn)性度和低噪聲，同時(shí)還消除了安裝外部發(fā)射 SAW 濾波器的必要性。用于 I 和 Q 信道的直流耦合差分基帶接口支持從 1.05 V 至 1.4 V 的寬范圍輸入共模電壓 (VCM)。允許的最大信號(hào)擺幅峰值為 550 mV，這與 I 和 Q 信道的 1.1 V p-p 差分范圍相對(duì)應(yīng)。在正交調(diào)制器之前，基帶輸入信號(hào)通過(guò)截止頻率為 4 MHz 的二階 Butterworth 濾波器，從而濾除帶外雜散信號(hào)。校準(zhǔn)技術(shù)可在整個(gè)頻率范圍和環(huán)境條件下保持準(zhǔn)確的 I/Q 平衡和相位，確保滿(mǎn)足 3GPP 載波泄漏、EVM 和 ACLR 要求，并在所有條件下都具有良好的裕量。ADF4602 可在 190 MHz 頻率偏置下提供 –163 dBm/Hz 的寬帶本底噪聲以及 –8 dBm 的輸出功率，同時(shí)還滿(mǎn)足有關(guān) EVM 和 ACLR 的 TS25.104 要求。輸出與 50 ? 相匹配，以便輕松連接到功率放大器。

 

AD9863 混合信號(hào)前端基帶收發(fā)器

 

AD9863 是用于通信市場(chǎng)的 MxFE 系列集成轉(zhuǎn)換器的一員，非常適合低成本、高性能的家庭基站應(yīng)用領(lǐng)域。它集成了雙 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和雙 12 位 TxDAC® 數(shù)模轉(zhuǎn)換器。ADC 經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)優(yōu)化，能以 50 MSPS 或更低的速率進(jìn)行采樣。DAC 的工作速度高達(dá) 200 MHz，包括一個(gè)可旁路的 2× 或 4× 內(nèi)插濾波器。AD9863 采用具有 64 個(gè)引腳的 LFCSP 封裝，尺寸僅為 9 mm × 9 mm × 0.9 mm。此處重點(diǎn)介紹 AD9863，但 MxFE 系列的其他成員（AD9860、AD9861 和 AD9862）允許設(shè)計(jì)師靈活地為控制電路選擇高性能和輔助轉(zhuǎn)換器。

 

圖 4. AD9863 MxFE 結(jié)構(gòu)框圖。

 

柔性雙向 24 位 I/O 總線(xiàn)可適用于眾多市售的基帶 ASIC 或 DSP。在半雙工系統(tǒng)中，接口支持 24 位并行傳輸或 12 位交錯(cuò)傳輸。在全雙工系統(tǒng)中，接口支持一根 12 位交錯(cuò) ADC 總線(xiàn)和一根 12 位交錯(cuò) DAC 總線(xiàn)。柔性 I/O 總線(xiàn)減少了引腳數(shù)量和封裝尺寸。對(duì)于頻分雙工 (FDD) W-CDMA，AD9863 可以同時(shí)運(yùn)行發(fā)射和接收信道。這需要使用全雙工模式 — 一根 12 位交錯(cuò)接收數(shù)據(jù)總線(xiàn)和一根 12 位交錯(cuò)發(fā)射數(shù)據(jù)總線(xiàn)。

 

DAC 內(nèi)核將 12 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)互補(bǔ)的差動(dòng)電流輸出，并使用圖 5 中所示的電阻網(wǎng)絡(luò)將它們提供給 ADF4602。RDC 設(shè)置為 120 ?，適用于 1.2 V 共模電壓；RL 設(shè)置為 63 ?，適用于 1 V p-p 差分輸入擺幅。

 

圖 5. AD9863 和 ADF4602 之間的簡(jiǎn)單接口。

 

DAC 包含可編程的精細(xì)增益和直流偏置控制，可用于補(bǔ)償 I 和 Q 通道之間的失配，從而抑制 LO 饋通和提高 EVM 性能。10 位直流偏置控制可用于獨(dú)立為任一差分引腳提供多達(dá) ±12% 的偏置，因此允許校準(zhǔn)任何系統(tǒng)偏置。

 

ADC 輸入由一個(gè) 2 k? 的差分輸入電阻和一個(gè)開(kāi)關(guān)電容電路組成。該輸入可以自行偏置至中位電源，或者對(duì)它進(jìn)行編程以接受外部直流偏置。因此，建議將 ADF4602 接收基帶輸出直接連接到 AD9863 ADC 輸入。ADC 輸入滿(mǎn)度電平為 2 V p-p 差分。

 

家庭基站的時(shí)鐘解決方案

 

為了滿(mǎn)足 3GPP 規(guī)格要求，家庭基站需要非常精確的基準(zhǔn)時(shí)鐘—±0.1 ppm—。有關(guān)實(shí)現(xiàn)這種非常精準(zhǔn)時(shí)鐘控制的方法超出了本文的范圍—但存在多種機(jī)會(huì)來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的，包括通過(guò)監(jiān)測(cè)接收器進(jìn)行的 GSM 宏基站同步、GPS 同步和 IEEE 1588 精密時(shí)序協(xié)議。在某些情況下，家庭基站供應(yīng)商可能會(huì)組合采用上述方法來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的控制。最終，基準(zhǔn)時(shí)間控制電路將調(diào)整基準(zhǔn)頻率源。在 ADI 評(píng)估板上，此 26 MHz VCTCXO 用作 ADF4602 的基準(zhǔn)時(shí)鐘。延遲鎖相環(huán) (DLL) 可以生成 19.2 MHz 的時(shí)鐘（它是 3.84 MHz W-CDMA 芯片時(shí)鐘的數(shù)倍）。此 19.2 MHz 時(shí)鐘用作 AD9863 的時(shí)鐘輸入。

 

AD9863 提供一種具有許多變量的通用時(shí)鐘配置。ADC 時(shí)鐘速度、DAC 時(shí)鐘速度、PLL 以及內(nèi)插器設(shè)置可由軟件控制，允許對(duì)性能和功率進(jìn)行優(yōu)化以滿(mǎn)足要求。在推薦的配置中，PLL 乘法器被設(shè)置為 2×，使得 PLL 的輸出頻率為 38.4MHz。ADC 的時(shí)鐘設(shè)置為該頻率的一半。在發(fā)射側(cè)，38.4 MHz PLL 的輸出用作 DAC 的時(shí)鐘。發(fā)射插值設(shè)置為 2× 以抑制 DAC 鏡像。此外，還可能有其它的時(shí)鐘頻率組合。AD9863 數(shù)據(jù)手冊(cè)詳細(xì)介紹了各種工作模式。通過(guò)使用上述時(shí)鐘方案，家庭基站不需要宏基站中常見(jiàn)的任何離散頻率轉(zhuǎn)換 PLL。家庭基站集成了所有頻率轉(zhuǎn)換功能，可幫助其滿(mǎn)足市場(chǎng)要求的價(jià)格水平。

 

RF 放大器

 

選擇用于 RF 功率級(jí)的放大器為低成本的高性能寬帶線(xiàn)性放大器，采用 InGaP 工藝制造而成。這些放大器對(duì) ADF4602 的輸出進(jìn)行線(xiàn)性放大，并補(bǔ)償 RF 雙工器和開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)中的損耗。ADL5542 包含內(nèi)部偏置和匹配功能；ADL5320 需要外部匹配，并且采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的塑料 SOT-23 封裝。兩種放大器都直接工作在 5V 供電軌上，因此不需要外部偏置電路。表 1 列出了放大器的關(guān)鍵參數(shù)。ADI RF 放大器的設(shè)計(jì)采用了專(zhuān)有技術(shù)，可以提供卓越的線(xiàn)性度（相對(duì)于電源電流）。

 

表 1. ADF5542 和 ADL5320 在 2 GHz 時(shí)的關(guān)鍵規(guī)格

 

發(fā)射輸出功率與降低干擾

 

為了降低干擾，家庭基站必須靈活智能地設(shè)置其輸出功率，以解決多個(gè)相互鄰近、工作在相同頻率下的家庭基站的部署問(wèn)題（例如在公寓內(nèi)）。在這種情況下，每個(gè)家庭基站都需要以較低的輸出功率發(fā)射，以避免相同頻率的干擾。此外，家庭基站也不能干擾部署在周邊且使用鄰近信道的宏蜂窩基站，因?yàn)檫@會(huì)給附近連接到該宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)帶造成盲點(diǎn)，使其無(wú)法正常接收信號(hào)。因此要求家庭基站具有鄰近信道保護(hù)功能，迫使它測(cè)試鄰近下行信道的功率并根據(jù)預(yù)定義的公式來(lái)設(shè)置自身的功率，以便不會(huì)妨礙宏蜂窩基站的信號(hào)。i

 

為使家庭基站滿(mǎn)足要求的價(jià)格水平，并便于客戶(hù)安裝，這些降低干擾的技術(shù)必須是自動(dòng)運(yùn)行的，而不需要經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員或家庭用戶(hù)進(jìn)行干預(yù)。當(dāng)家庭基站第一次被用戶(hù)打開(kāi)后，這個(gè)過(guò)程應(yīng)該是自動(dòng)啟動(dòng)的，并且之后會(huì)定期更新。此外，ADI 設(shè)計(jì)中的頻段 1 監(jiān)測(cè)接收器和 ADF4602 寬泛的動(dòng)態(tài)發(fā)射范圍，允許家庭基站供應(yīng)商自動(dòng)實(shí)施這些降低干擾的技術(shù)，而不需要外部干預(yù)。監(jiān)測(cè)接收器允許對(duì)鄰信道的功率進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，并相應(yīng)地調(diào)整輸出功率。這將大約需要 30 dB 的總發(fā)射功率動(dòng)態(tài)范圍。

 

無(wú)線(xiàn)電性能測(cè)量

 

為了根據(jù) TS25.104 無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)規(guī)格來(lái)評(píng)估收發(fā)器芯片組，已將上面介紹的收發(fā)器系列納入評(píng)估板設(shè)計(jì)中。圖 6 所示的評(píng)估平臺(tái)可以對(duì)發(fā)射和接收鏈執(zhí)行獨(dú)立的測(cè)試，并且允許執(zhí)行單獨(dú)的元件測(cè)試。此評(píng)估板包含圖 1 所示框圖的功能以及功率調(diào)節(jié)。無(wú)線(xiàn)電部分，包括 ADF4602、AD9863、ADL5542、ADL5320、VCTCXO 以及所有相關(guān)的前端開(kāi)關(guān)和濾波器，在電路板上占用 1" × 2" 的空間。值得注意的是，此電路板并沒(méi)有為了節(jié)省空間尺寸而進(jìn)行優(yōu)化，因?yàn)樗鼉H僅是為了測(cè)試而提供的，用于實(shí)際生產(chǎn)的設(shè)計(jì)可以采用更緊湊的設(shè)計(jì)。下面包括了某些基于 TS25.104 規(guī)格的關(guān)鍵測(cè)試結(jié)果，以展示 ADI 芯片組在測(cè)試板上的性能。

 

圖 6. ADF4602/AD9863 評(píng)估板。

 

圖 7 顯示了頻段 1 接收器靈敏度測(cè)量結(jié)果。接收器靈敏度用于評(píng)估接收器檢測(cè)到低電平信號(hào)的能力，并且表征了指示接收器的噪聲指數(shù)。在本次測(cè)量中，采用了 12.2 KHz 的基準(zhǔn)信號(hào)。ADF4602-1 的增益設(shè)置為 80 dB。在整個(gè)頻段上，接收器靈敏度超過(guò) TS25.104 規(guī)格達(dá) 6 dB 以上。

 

圖 7. 頻段 1 接收器靈敏度。

 

接收器的另外一個(gè)關(guān)鍵規(guī)格是在阻斷條件下的性能。阻斷測(cè)試模擬了接收器在鄰近信道出現(xiàn)大量干擾信號(hào)的條件下接收到目標(biāo)信號(hào)的能力。UL 12.2 kHz 基準(zhǔn)信號(hào)設(shè)置為 –101 dBm，然后加入阻斷信號(hào)，直到 BER 的測(cè)量值為 10–3。如表 2 中所示，在所有三種情況下，ADF4602 都以一定裕量超過(guò)了 TS25.104 規(guī)格。

 

表 2. 接收器阻斷測(cè)試摘要與 TS25.104 規(guī)格

 

發(fā)射信號(hào)鏈路質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)為鄰近信道泄漏比 (ACLR) 以及誤差向量幅度 (EVM)。在這兩種情況下，這些測(cè)試是組合發(fā)射鏈線(xiàn)性度的關(guān)鍵指標(biāo)。表 3 收集了在 ADI 評(píng)估板上取得的測(cè)量結(jié)果并與 TS25.104 規(guī)格進(jìn)行比較。它還包括了峰值碼域誤差，這一 EVM 測(cè)量結(jié)果用于確保誤差在碼域內(nèi)均衡分布。ii 在所有情況下，ADF4602 評(píng)估板都以一定的裕量超過(guò)了 TS25.104 規(guī)格。圖 8 顯示了 ACLR 測(cè)量中使用的輸出頻譜圖。

 

表 3. 發(fā)射器測(cè)試摘要與 TS25.104 規(guī)格

 

圖 8. 在 13 dBm 輸出功率下 W-CDMA 頻段 1 信號(hào)的 ACLR 測(cè)量結(jié)果。

 

圖 9 顯示了涉及兩個(gè) HSDPA 信道以及許多語(yǔ)音/數(shù)據(jù)信道的典型家庭基站配置的發(fā)射 EVM 圖。復(fù)合 EVM 低于 4%。電路評(píng)估結(jié)果表明，EVM 主要是因?yàn)檎{(diào)制器輸入處的 I/Q 偏置電壓引起 LO 泄漏而產(chǎn)生 — 這是直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器的一個(gè)特點(diǎn)。如前面所述，這些偏置可以采用 AD9863 直流偏置控制進(jìn)行校正。

 

圖 9. 典型家庭基站配置的 EVM 測(cè)量結(jié)果。

 

結(jié)論

 

由于必須在保持基站性能的同時(shí)將成本降至最低，方興未艾的家庭基站應(yīng)用為無(wú)線(xiàn)電設(shè)計(jì)師帶來(lái)了特有的挑戰(zhàn)。ADI 3G 家庭基站芯片組由 ADF4602 集成無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器、AD9863 MxFE 基帶收發(fā)器以及 ADL5542 和 ADL5320 RF 放大器組成，可使家庭基站設(shè)計(jì)師能以緊湊的外形尺寸滿(mǎn)足 TS25.104 規(guī)格要求。