WCDMA室内分布（共4篇）
WCDMA室内分布 篇1
一、前言
根据运营商调查3G用户70%的业务发生在室内, 因此室内分布系统网络质量对于用户对网络的感受至关重要。在室内分布系统的建筑类型中, 高层写字楼或办公楼等高层建筑场景, 因为其高端客户较多, 对语音、数据业务均有较高的要求, 同时该场景无线环境复杂, 成为室内分布系统规划和优化的重点和难点。本文主要是对高层建筑室内分布系统综合规划, 即协同覆盖方案和异频组网方案以及后期解决导频污染的优化进行探讨, 提出高层建筑中WCDMA室内分布系统规划和优化的思路和方案。
二、高层建筑室内分布系统存在的问题
高层建筑室内分布建设方式主要有微蜂窝+电直放站、传统宏基站+数字直放站、BBU+RRU三种方案。第一种微蜂窝+电直放站因引入有源器件, 对于WCDMA自干扰系统而言在放大下行信号的同时会对系统上行低噪产生较大抬升, 如果反向增益设置不合理, 其对系统上行噪声的抬升将会降低施主基站的灵敏度, 导致其反向覆盖范围的减少, 造成用户容量的降低;第二种和第三种方案为光分布系统, 有效地克服了第一种方案的弊端同时又可简化馈线走线设计复杂度与使用量;目前的高层建筑室内分布系统设计中多采用传统宏基站+数字直放站和BBU+RRU方案。
通过对大量高层建设室内分布站点进行研究和问题统计, 高层建筑WCDMA室内分布系统一般存在以下几个问题: (1) 覆盖干扰问题。主要包括弱覆盖、导频污染、干扰等。 (2) 切换问题。室内外切换, 2G/3G互操作以及切换带来的其他问题。 (3) 数据业务问题。主要是HSDPA、HSUPA速率问题, 即速率低不稳定等。 (4) 室内信号泄露问题。室内信号对室外信号存在外泄干扰。 (5) 室外信号入侵问题。室外信号对室内信号存在入侵干扰。
三、高层建筑室内分布系统规划思路
高层建筑室内分布系统建设规划是关键, 应该与整网规划相结合整体考虑、综合规划。在规划时详细勘察高层建筑和周围无线覆盖环境, 以便于今后室内分布系统的运营和优化。高层建筑室内分布系统规划时一般有以下两种方案。
1、区域室内外协同覆盖方案
区域室内外协同覆盖是指对目标高层建筑进行覆盖规划时不单单考虑目标建筑, 而是要把整片区域看做一个整体, 室内外看做一个整体, 在规划之初综合考虑整片区域的室外覆盖情况。调查出周边宏基站的站址、站高、天馈等参数, 估算或者测试其在室内覆盖的状况, 然后根据宏网情况再进行室内分布系统规划。在规划时应主要考虑一下四个方面的协同。
(1) 室内外覆盖协同:即规划高层建筑室内分布系统的同时针对周边宏基站参数预估其室外覆盖范围与强度, 在不足处采用室外美化天线等小区覆盖手段进行补充覆盖。 (2) 室内外容量协同:即重点考虑室内覆盖的容量, 室外容量为辅。 (3) 室内外切换协同:即考虑切换区域的重叠范围。预估宏基站、小区覆盖、室内覆盖切换区域带, 对信号覆盖边缘覆盖范围进行严格控制 (4) 室内外信源协同:即宏网弱覆盖区域的小区覆盖信源与覆盖高层的室外美化天线信源采用同目标高层采用同一套信源, 采用光纤拉远或者微波拉远的方式解决传输问题。
根据以上四个协同, 在具体规划时可采取如下措施。
(1) BBU或数字光纤拉远协同覆盖。 (2) 微波拉远协同覆盖。 (3) 小区美化天线面覆盖。 (4) 天线反照高层覆盖。
即在高层建筑中建设室内分布系统的同时, 在其周边进行小区覆盖。选择传输时, 在有光纤资源的站址采用数字光纤拉远方式, 在无光纤资源的站址采用微波拉远方式进行小区协同覆盖;在路面和街道布放室外美化关系, 达到精确覆盖;同时通过光纤或者微波拉远方式在高层建筑周边或者临近的另一高层建筑顶端架设美化天线, 通过调整天线上下倾角对照目标建筑, 实现高层补弱覆盖。
2、高低层立体分区异频组网规划方案
高低层分区异频组网规划策略是针对WCDMA系统, 在高层导频污染严重的情况下针对高层建筑室内分布惯用的一种设计策略。其主要的思路是将高层建筑按室外宏基站考虑, 或者将小区的覆盖高度进行分层, 低层与室外宏基站、小区覆盖使用同一频率, 高层使用独立频率。这样的异频组网方式能有效抑制因高站越区覆盖、街道效应、强反射体等原因导致的信号畸变带来的导频污染。因为在自干扰的WCDMA系统中, 高层导频污染的产生是由于窗边UE可以测量到包括本小区在内的多个小区的导频信号, 且没有一个导频信号的Ec/Io值足够强。在采取高层异频组网后, 因频点异于室外信号, 室外信号不会对室内信号产生同频干扰, 室内信号的会达到较为理想的程度, 通过一些相关参数的调整可使终端基本不发生重选和异频测量, 但是采用这种方式设计时需要注意以下问题。
(1) 电梯覆盖应合理设计分层处板状天线间距离和倾角, 使电梯覆盖在频点分层处形成一定范围范围的覆盖重合。虽然分层处上下一段距离内S1、S2频点均有覆盖, 但因为物理上的距离差引起的信号强度差异较小, 通过适当调整网络切换等参数, 可使UE能在该范围内保持原有驻留小区不发生切换。这样可以避免因电梯采用单一频点覆盖造成的UE在通话过程中出入异频点覆盖楼层时因异频硬切换造成的掉话。
(2) 如上述方案施工较为困难, 也可以变通为全楼使用异频覆盖, 在出入目标建筑处适当扩大异频覆盖范围, 并通过调整邻区列表以及其他切换参数保证良好的切换性能。
四、高层建筑室内外覆盖相关优化
前文从整体规划的角度宏观介绍了高层楼宇室内分布系统规划的相关思路, 可作为高层建筑室内分布系统建设的工程指导, 但因为实际网络情况的复杂性和施工过程的不确定性, 要求在系统建成入网后还需针对一些问题进行细微的调整与优化, 使之实现设计之初的各项网络性能。
优化的主要任务是通过优化覆盖和切换问题解决高层建筑的导频污染问题, 对于WCDMA系统而言导频污染往往会对系统带来较大的影响, 主要体现在以下两个方面。
(1) Ec/Io恶化:由于多个强导频对有用信号构成了干扰, 导致Io升高, Ec/Io降低, BLER升高, 网络质量下降。 (2) 切换掉话:若存在3个以上强的导频, 或多个导频中没有主导导频, 则在这些导频之间容易发生频繁切换, 从而造成切换掉话。
针对高层楼宇室内覆盖发生导频污染的原因, 一般的应对策略为RF优化和室内频率与参数优化两部分。高层建筑首先因为其经营活动经常变化, 装修频繁, 天线容易被破坏或者挪动;其次楼层过多容易造成天线功率不足以及楼层高容易形成导频污染, 所以在高层建筑室内分布系统RF优化时首先要解决弱覆盖问题, 查找引起弱覆盖的原因并选择相应的调整方案解决。对于室外部分来讲就是通过合理规划网络, 调整室外宏基站可能照射到目标建筑的天线方位角、下倾角, 来改变污染区域的各导频信号强度, 从而改变导频信号在该区域的分布状况, 调整室外宏基站是需要注意对周边其他区域的影响。总体来说调整的原则是增强主导导频, 减弱其他导频。这也就是上文提到的对高层楼宇的覆盖规划需要做到区域内外覆盖的协同。
对于高层建筑采用异频组网方案时, 需要合理设置相关参数, 确保切换正常, 一般采用高低层立体分区方式和室内全异频方式。不论采用哪种方式, 高层都会采用异于室外宏基站的频点覆盖, 这样只需要适当调整高层小区异频切换参数就能很好地抑制导频污染。
假设高层建筑内因某些原因覆盖质量较弱, 但还可以维持正常通信, 室外异频漂移信号较强, UE测量后将上报2D事件, RNC判决后开启压缩模式, 为了避免发生切换可以在RNC侧调整一下下列几个参数。
Hystfor2D:通过调整该参数可以提高2D事件触发迟滞。
Time~Trig2D:通过调整该参数可以改变切换判决时长, 防止异频乒乓切换。
对于室内外同频的高层建筑, 防止高层导频污染的难度将会大大提高。针对室外漂移信号导频强度较高的情况, 尤其是该漂移信号来自未添加邻区关系的小区, 一般可以调整1A事件的触发门限。1A事件的触发条件为:
MNew+CIOnew≥MBes- (R1a-H1a/2)
式中:M———测量量
R———报告范围
H———迟滞
W———权重因子
CIO———小区独立偏执, 分本小区和邻小区
由上面的判决公式可以看出, 通过增加本小区的CIO值, 调整迟滞可以人为增加1A事件的触发难度, 从而防止UE因检测到某一未增加邻区关系、导频强度较高的漂移信号, UE重选在其上后发起主叫, 因没有邻区关系而发生掉话。
对于区域无主导频的情况可以通过调整R准则中的相关参数避免UE发生频繁重选。
五、结束语
室内分布系统网络性能受规划、物业、建筑结构、周围环境等因素的影响较大, 而高层建筑室内分布系统受该方面的影响更严重, 因此在规划建设的时候应该尽量做到统筹兼顾, 详细勘察楼宇内部结构, 把握现网周边覆盖情况。优化时尽量以调整室内信号为主, 优化方案也应以简单易实施为原则, 同时考虑周围的无线环境和未来的用户变化。
参考文献
[1]王莹, 刘宝玲.WCDMA无线网络规划与优化, 人民邮电出版社, 2007
[2]陆建贤, 叶银法, 卢斌.移动通信分布系统原理与工程设计, 机械工业出版社, 2008
WCDMA室内分布 篇2
自从WCDMA室分工程建设启动以后, 运营商一直在探索和室分相关的一些问题。其中最令运营商关注的就是通过级联RRU实现分布式小区覆盖的方式。按照华为的理论, RRU级联的好处多不胜数。但是, 实际上, 运营商遇到了一些瓶颈———容量与速率的问题。
二、目前3G室分系统中RTWP优化的难点
2.1小区RTWP高于-106.4d Bm带来的影响
在1个RRU的情况下, 小区的RTWP正常应该是不大于-106.4dBm, 此时所有业务都能够正常使用。但是, 如果存在上行有负载或者干扰, 那么RTWP就会高于-106.4dBm, 特别是在小区用户使用HSUPA业务的情况下。
2.2多RRU级联带来的RTWP提升
实际观察所得, 在任何正常的一个室内分布系统当中, 如果是通过多RRU级联实现室内分布的, 小区RTWP都会随着RRU个数的增加而不断提高。结合背景噪声的物理定义, 很容易理解, 任何给定有输出的设备都会伴随噪声, 而多个RRU级联的情况下, 背景噪声自然就不断提高了。
2.3多级RRU级联带来容量损失
上面提到, 华为系统允许通过修改背景噪声的方式“适应”RTWP的提高, 以达到允许新的无线接入承载或新的无线链接建立的目的。但是, 小区的太多的RRU级联会带来容量的减少, 虽然质量保证了, 但容量下降了。
三、RTWP异常的原因及对应的优化策略
3.1RTWP异常的原因
从RTWP的定义可以知道, 多级RRU级联所带来的RTWP提升是正常的提升。除此之外, 系统上行负载也是影响RTWP的因素。实际应用当中, 由于这两种因素而导致的RTWP提升是可以接受的。剩下就是上行干扰所导致的RTWP提升。
对于华为3G室分系统来说, 由于设备间都是光纤相连, 并且室分系统的自干扰情况远远比室外要理想。因此, 华为3G室分系统的上行干扰大部分来自于信号或者电器元件本身。主要有以下方面:多路信号合路后带来互调干扰;无源器件电器特性不良;信号源本身故障;室分系统馈线连接不良。
目前的室分系统大部分都是多路信号合路到一个系统当中覆盖。然而, 多路信号之间产生的互调干扰如果处理不好, 则严重影响RTWP。
3.2RTWP异常的优化策略
总结优化策略如下: (1) 根据判断公式为每个小区定义一个合理的RTWP值, 并在往后的监控中, 都以当天的RTWP指标与标准值相比较; (2) 如果当天的RTWP值低于标准值, 则可以认为小区RTWP正常; (3) 把那些RTWP高于标准值的小区提取出来, 并提取其同样时间内的电路域话务量, 上行及下行分组域流量; (4) 如果当天的RTWP值略高于标准值 (经验值是, 略高2-3db) , 则需要结合当天的话务量及上下行分组域流量进行分析; (5) 如果小区当天的RTWP值高于标准值, 话务量及分组域流量都很低的情况下, 小区的RTWP肯定就是异常的, 这样就能够判断这个小区的RTWP是异常的。
利用上面的方法找到问题RRU, 则需要从多方面查找原因并解决之, 一般有以下几种方法: (1) 明确RRU是否和1800信号合路; (2) 如果有和1800信号合路, 就可以先尝试降低该1800信源的输出, 看看RTWP是否有明显回落; (3) 断开合路器上其他信号, 让3G信号单独接入系统又或者跳过合路器接入系统, 观察RTWP是否有所变化;如果RTWP没有回落, 则可以判断是RRU本身的隐性故障导致小区RTWP抬升; (4) 如果经过以上方法RTWP都没有恢复正常, 那么就更换合路器, 重新接一次RRU和合路器之间的馈线, 确保设备不会出现驻波告警。
四、结束语
佛山联通通过对RTWP异常小区的监控, 结合可行有效的优化手段, 解决了现网普遍存在的RTWP异常导致小区容量下降, 部分业务不可用的问题。
参考文献
[1]华为技术公司.《GSM无线网络规划与优化》, 人民邮电出版社
[2]张卫钢.《通信原理与通信技术》, 西安电子科技大学出版社
WCDMA室内分布 篇3
1、WCDMA室内覆盖系统规划的重要性
在3G时代, 大量的数据语音业务主要来自于室内。良好的室内覆盖环境就意味着高容量的网络和高质量的服务, 可以有效提高用户感受、发展高端客户、树立企业品牌形象。从工作频段来看, WCDMA工作的核心频段为2GHz频段, 与2G网络的800-900MHz频段相比, 高频信号的无线链路损耗更大, 绕射能力就较差。如果仅靠室外宏站对室内部分进行覆盖, 其效果很差, 所以目前城市里面室内覆盖已经成为影响WCDMA网络质量的重要因素之一。为达到WCDMA网络对室内信号网络的良好覆盖, 必须通过新建室内分布系统或改造原有2G网室内分布系统, 来解决城市建筑物内部无线网络的覆盖和话务吸收等问题。
WCDMA室内覆盖系统是WCDMA网络的一个“小网”或者“子网”。因此WCDMA室内覆盖系统具有WCDMA宏小区一切网络特性;WCDMA室内覆盖系统应作为整个网络的一部分来设计, 且必须统一进行规划;WCDMA室内覆盖系统首先应保证大楼内良好的WCDMA网络特性, 同时也要保证对室外网络的影响可控、可忽略。在进行室内分布系统的规划与建设时, 我们如果室内信号控制不好, 会对室外“大网”造成严重干扰, 造成导频污染、切换掉话、容量下降等影响网络质量的事情。因此, 加强室内覆盖网络规划是非常重要的。
2、WCDMA室内覆盖系统设计
(1) 室内覆盖系统规划基本原则
对于室内覆盖, 应优先考虑采用室外宏蜂窝直接覆盖, 并通过网络优化达到覆盖目的;在室外宏蜂窝不能解决室内覆盖的情况下, 采用建设室内分布系统解决。根据市场发展形势, 从全网的角度出发, 根据楼宇的重要性及影响力, 分轻重缓急进行工程建设, 优先建设那些人流量大、人员层次高、对联通品牌影响比较大的楼宇或隧道。
(2) 室内覆盖系统设计思路
WCDMA室内覆盖系统是指通过室内天馈线分布系统将无线信号较均匀地分布于建筑物室内, 用于改善建筑物室内无线网络覆盖和网络质量、提高无线网络容量的系统。WCDMA室内覆盖系统的设计思路在于采用建设室内分布系统与网络优化相结合的方法使室内小区和室外宏蜂窝网络的覆盖范围更加清晰明确, 降低干扰等级, 提高上行的容量, 解决覆盖与容量间的平衡问题, 通过室内外协同覆盖的方式完善网络。设计思路如下:
1) 尽可能保证室内良好的网络覆盖特性;
2) 保证“容量”最大化, 包括WCDMA室内覆盖系统网络“容量”最大化和WCDMA室外网络“容量”最大化;
3) 设置合理的切换和切换区域, 保证切换的发生不给整个网络带来负面影响;
4) 保证WCDMA整体网络干扰最小化, 包括室内覆盖系统干扰最小化和室外网络干扰最小化, 从而更好满足人们的需求。
(3) 室内覆盖规划设计方案
室内覆盖系统的服务对象是室内用户, 其原理是利用分布式天线系统将基站信号尽可能均匀地分布在室内每个角落, 满足室内通信需求。室内覆盖系统主要由信号源和分布式天线系统组成。
1) 室内覆盖信号源的选择
能够为室内分布系统提供信号源的设备有:宏基站、微蜂窝、“BBU+RRU”和直放站等。设计时需综合考虑建筑结构、覆盖面积等其它因素的影响, 最终采用既可达到所需的覆盖要求又可合理控制成本的信源方式。具体选择原则如下:1) 对于业务需求特别大的场所如大型商场、大型写字楼、机场、火车/汽车站、体育场馆、会议会展中心等, 宜采用宏蜂窝基站或BBU+RRU方式作信号源;2) 对于业务量热点的局部区域覆盖可采用室内型微蜂窝或射频拉远;3) 对于仅以覆盖为目的, 业务需求较低的建筑, 如覆盖区域分散的小区、补盲覆盖的电梯、地下室等场所可采用光纤直放站。
2) 室内覆盖系统分布系统的选择
根据建筑结构选取合适的分布系统:对于建筑物内部结构简单、墙体屏蔽较小、楼层较低的场景优先选用无源分布系统;对于建筑物内部结构简单、墙体屏蔽较小、楼层较低但建筑物较为分散的场景优先选用光纤分布系统:对于建筑物内部结构复杂、墙体屏蔽较大、楼层较高的场景优先选用有源分布系统 (宏基站+RRU覆盖方式) ;对于建筑物内部结构狭长的特别区域可选用泄漏电缆分布系统。
3) 室内覆盖系统基站天线的布放
室内分布系统的天线布放虽简单但重要, 是室内覆盖系统设计的关键点。一般遵循“小功率, 多天线”的原则, 保证信号均匀覆盖整个目标建筑物。采用小功率的优点是信号易于控制, 辐射小, 对外干扰小;缺点是会提高整个室内覆盖系统的总造价, 因此需要在布放原则和经济性之间寻找最佳平衡点。
室内天线布放时还要注意金属结构和墙体结构对信号的影响, 要尽量避开天花板上强电管道、监控管线和风机盘管等, 选择合适位置, 要尽量明装, 有效的降低因天花板的反射 (甚至全反射) 带来的损耗。
4) 室内覆盖系统的频率规划
WCDMA室内覆盖系统的频率规划主要有四种组网方案, 全同频组网和低层同频高层异频方案属于同频组网范畴, 全异频组网和一层同频全楼异频方案则属于异频组网范畴。考虑不同场景的同频异频组网方案需要从建设场景的建筑结构、系统干扰等多方面进行考虑, 采用哪种组网方案, 需要具体分析。在实际设计中, 常常既有同频方案, 又有异频方案, 如果建筑物穿透损耗大, 干扰可以控制, 则采用同频方式, 如干扰难以控制, 则可采用异频方式组网。
5) 室内覆盖系统的切换策略
在WCDMA系统中, 根据频率规划组网方式和室内外小区划分, 存在软切换和硬切换, 在设计过程中可以通过在网络中设置相应参数和调整各小区的覆盖场强直到合适的信号强度, 使切换更加平滑。首先, 应考虑室内各小区之间及与室外小区之间话务流量, 合理设置室内、室外的切换区域;其次, 应当根据实际情况优化室外基站和室内基站的切换参数, 避免产生过多的软切换。一般来说, 易发生切换的区域主要集中在室内外出入口、电梯内外、靠窗位置及室内多小区之间, 其中室内外出入口需要设置合理的切换区, 尽量采用同频切换, 必要时可引入过渡小区, 靠窗区域则应尽量避免成为切换区, 对于室内多小区之间建议采用软切换, 应避免发生室外小区到室内时的电梯硬切换等。
3、结论
进行室内分布系统的规划与设计, 应与网络优化紧密结合起来, 重点在于根据室内结构选择合适的覆盖信号源和覆盖方式, 合理设置切换区域, 合理规划频率等。同时, WCDMA室内分布系统规划设计远远复杂于GSM系统, 需要在今后在实践中加以完善。
参考文献
(1) 韩永涛.WCDMA网络室内覆盖规划与优化[J].电信工程技术与标准化, 2009 (12) .
(2) 赵巨纳.WCDMA室内覆盖解决方案[J].邮电设计技术, 2009 (11) .
(3) 张长钢, 孙保红, 李猛.WCDMA无线网络规划原理与实践[M].北京;人民邮电出版社, 2005.
(4) Harri Holma, Antti Toskala.WCDMA技术与系统设计[M].陈译强, 周华等译.北京:机械工业出版社, 2005.
(5) 郭东亮.WCDMA规划设计手册[M].北京:人民邮电出版社, 2005.
(6) 陈慧剑.WCDMA室内分布系统设计探讨[J].移动通信, 2006 (1) .
(7) 樊荣, 肖伟明.3G室内分布系统网络规划[J].烽火科技, 2005.
WCDMA室内分布 篇4
LNA用于接收机前端电路, 主要用来放大从天线接收到的微弱信号, 降低噪声干扰, 其噪声指标直接影响接收机的灵敏度, 而灵敏度是通信接收机的关键指标之一, 所以LNA电路设计的优略对于接收机性能至关重要, 且在商业应用中, 数字通信技术的发展对无线基站用LNA电路提出了更为苛刻的要求。
1 LNA电路的基本理论
LNA电路的主要技术指标有噪声系数 (FN) 、增益、工作频带、输入/输出驻波比和增益平坦度等, 其中FN和增益对接收机性能的影响较大。
设计LNA电路时, 在保证电路绝对稳定, 避免产生自激振荡的情况下, 尽量降低放大器的FN。对于绝对稳定的晶体管, 可以按照最佳噪声匹配得到最低的FN;对于条件稳定的晶体管, 要优先考虑稳定性因素。完成匹配后的放大器, 要对稳定因子进行测试, 在全频段内, 要求稳定性因子μ>1。
为保证低噪声性能, 通过电抗滤波器提供偏置电压或电流, 而不用电阻偏置电路, 以避免将电源噪声和偏置电阻的热噪声引入到射频通道。
另外, 良好的阻抗匹配设计能够提高电路传输能量, 提高系统增益, 改善驻波特性, 增强系统稳定性, 降低噪声等, 在设计LNA电路时, 应根据不同的性能需求选择不同的匹配方式。
2 LNA电路的设计
2.1 器件的选择和级数的确定
设计LNA电路, 首先要选择FN小的放大管。从目前的种类和应用来看, Si和SiGe类低噪声晶体管的FN要高一些, 好的可做到0.7 dB左右, FN稍高的为砷化镓材料器件, FN最低的为增强型PHEMT (E-PHEMT) 器件。本设计选用Agilent的ATF-54143, 该放大管为E-PHEMT器件, 此类器件具有较优的射频特性。
本文的LNA电路要求实现增益 (30±1) dB, FN<1 dB, 输入/输出的驻波小于1.5, OIP3>30 dBm, 采用两级LNA电路级联构成。为了保证LNA电路端口驻波、放大器的稳定性和足够大的增益, 前级电路采用平衡式结构, 后级电路主要考虑端口驻波、线性和稳定性。
LNA电路结构框图如图1所示, 射频信号从耦合器1脚输入, 功率平均分配到2脚和3脚, 但是3脚的射频信号相位比2脚相位滞后90°。如果上下两路LNA性能以及单板布局完全相同, 那么两路LNA的反射系数也完全相同, 且下支路的输入反射波相位仍然比上支路的输入反射波相位滞后90°, 即假设上支路的反射波相位为0°, 则下支路反射波的相位为-90°。两路反射波经过3 dB耦合器到达1脚, 上支路的反射波相位为θ° (假设1脚输入口和2脚耦合口之间的相移为θ°) , 下支路的反射波到达1脚后, 相位变成θ-90°-90°=θ-180°, 因此两路反射波在1脚完全抵消, 从而保证Input输入驻波非常小。
同理可以分析输出端耦合器1脚输出驻波性能非常好, 且输入/输出的反射波都消耗在两个50 Ω电阻上。采用平衡式LNA的最大好处是可以保证LNA单管在最佳噪声匹配的前提下获得非常优良的驻波性能。
2.2 器件的稳定性
S参数仿真表明, ATF-54143在低频和高频下都容易自激, 本设计采用在输入口和输出口分别加电容 (或电感) 和电阻串联到地的方式, 形成低频端吸收式负载和高频端吸收式负载。稳定性改善后的μ稳定性因子如图2所示。
2.3 直流偏置电路的设计
直流偏置电路由SIEMENS的BCR400W及外围器件组成, 提供放大管恒定的工作电流, 以稳定其DC工作点。现以电流增加时的闭环控制过程为例, 给出恒流控制电路原理图如图3所示。
场效应管的漏极电流上升→BCR400W的4脚电位下降→BCR400W内部控制三极管Q的截止程度加深→BCR400W的2脚电位偏负→场效应管的栅极电位偏负→场效应管的漏极电流下降。
通过对ATF-54143的I-V特性和直流仿真, 选择其典型的静态工作点Vds=4 V, Ids=60 mA。
2.4 输入/输出匹配网络的设计
首先, 通过器件模型得到图4所示的放大器单管在上述偏置条件下输入/输出的阻抗特性和最佳噪声反射系数ΓOPT;然后, 通过Smith圆图辅以源、负载稳定判别圆、等增益圆和FN圆等使用集总参数元件粗略确定匹配网络如图5所示。再用ADS进行仿真优化, 结合微带单枝节等分布参数元件得到较为精确的网络参数, 满足LNA的性能指标, 最后确定最终微带尺寸及选用特定模型的电感电容代替优化后的电感电容, 前后级根据设计目标分别匹配。
因为基站性能指标对所用各器件的离散性指标要求极高, 故此LNA的设计采用了Murata公司的高精度电感电容进行匹配。为了保证良好性能, PCB板材选用Rogers的RO4350。
2.5 仿真结果
单级LNA电路仿真原理图如图6所示。
在工作频段内进行仿真和优化, 平衡式LNA电路的FN和S参数如图7所示。
3 LNA电路的实测结果
使用Agilent的噪声分析仪、矢量网络分析仪、信号源和频谱分析仪对所设计的LNA电路制成品进行实测, 结果如图8、图9和表1所示。
4 结 语
设计的LNA电路具有增益高, FN小, 频带宽, 驻波小, 线性好的特点, 实测与仿真优化结果基本一致, 并且由于其拓扑结构和匹配网络固定, 可用于WCDMA分布式基站多个频段, 经过后续的WCCA (最坏情况电路分析) 分析, 更进一步验证其满足电路设计规格的要求。
参考文献
[1]Reinhold Ludwig, Pavel Bretchko.RF Circuit Design:Theo-ry and Applications[M].Pearson Education, Inc., 2000.
[2]Rowan Gilmore, Les Besser.Practical RF Circuit Design forModern Wireless Systems:Active Circuits and Systems (VolumeⅡ) [M].Artech House, Inc., 2003.
[3]唐海啸, 张玉兴, 杨陈庆, 等.利用ADS软件设计X频段低噪声放大器[J].电讯技术, 2006, 46 (1) :119-122.
[4]Agilent.ATF-54143 Data Sheet[Z].Agilent Technologies, Inc., 2003.
[5]Joy Laskar, Babak Matinpour, Sudipto Chakraborty.ModernReceiver Front-ends:Systems, Circuits, and Integration[M].John Wiley&Sons, Inc., 2004.