CDMA基站双工器的选型原则

1技术文件技术文件名称：CDMA基站双工器的指标设计和选型原则技术文件编号：版本：文件质量等级：共页(包括封面)拟制：CDMARF李艳茹模块名称：模块代码：模块提交单位：模块负责人：模块参加者：日期：21引言...........................................................................................................................................32双工器和接收预选滤波器的设计与选型...............................................................................32.1功能概述...................................................................................................................32.2详细结构...................................................................................................................42.3设计思想.............................................................................................................62.4技术要求...................................................................................................................62.5实现形式...................................................................................................................73结束语.....................................................................................................................................83CDMA基站双工器的指标设计和选型原则摘要本文针对CDMA基站中双工器和接收预选滤波器的各项性能参数和实际使用问题，阐述了基站双工器和接收预选滤波器选型的基本方法和原则。1引言在现代移动通信的发展中，CDMA移动蜂窝系统以其独特的技术优势，已被越来越多的运营商采用。双工器和接收预选滤波器作为CDMA基站中的一个重要模块，其性能指标的优劣，质量的好坏，滤波特性要求的高低，直接影响着整个系统的指标和抗干扰能力，以及对其它系统的干扰程度。在现在多个移动系统并存，无线频率资源紧张的情况下，双工器和接收预选滤波器的正确选用显得尤为重要。2双工器和接收预选滤波器的设计与选型2.1功能概述双工器模块用在基站射频前端RFE中，它包括一个发信滤波器和一个收信滤波器，位置如图1所示，是RFE中同时完成收发功能的重要模块。利用此模块可以只使用一副天线完成RF信号的发射和接收，大大节约成本，是频分双工系统中普遍采用的部件。图1、CDMA系统基站收发信台(BTS)分区制一个扇区天馈单元组成框图RFCMRXRXFSTXTRX0#1#HPA0#1#PPM0#1#DuplexerLNA+1:2SplitterTPTL+VSWRMoni-toringBoardBi-D/CRFEMAINDIVERSITY0#1#DuplexerT/RT/RRFCMPWR&SIGInterface4CDMA基站双工器实际上是两个带通滤波器的组合，发射支路和接收支路各有一个滤波器，其功能是：传输本端口信号，滤除（隔离）另一端口信号，对信号预选，保证接收信号和发射信号互不干扰的传输。发射支路的滤波器主要作用是滤除接收频段的信号，以防其对本路产生干扰；接收支路的滤波器主要作用是滤除发射频段的信号，防止发射信号进入本路引起接收机前级阻塞。双工器另一个重要作用是保证本系统对外界及外界对本系统干扰最小。另外在CDMA基站中，双工器模块还集成有一个高隔离度的双向定向耦合器和一个耦合器，它的信号耦合功能给功率检测、驻波检测及BTM信号的注入和获取提供信号电平，以使系统完成功率检测功能、驻波告警功能和无线测试功能等。双工器的性能直接影响系统的发射和接收指标的实现，是RFE中一个重要的模块。接收预选滤波器位于分集接收RFE的最前端，它实际上是一个接收频段的带通滤波器，主要作用是抑制接收频段以外的信号，以防干扰信号进入接收前端，导致接收机无法正常工作。接收预选滤波器是接收系统中一个不可或缺的部件。2.2详细结构双工器模块（DUP）在发射和接收RFE中位置如图2：LPAANTTRxRCMBTM图2双工器模块（DUP）在发射和接收RFE中位置接收预选滤波器（BPF）在分集接收RFE中位置如图3：TRXANTBTM图3接收预选滤波器（BPF）在分集接收RFE中位置TXRTERxTCPFWDREVRFEDUPLNAPVDRTERFELNABPF5实现框图双工器模块实现框图如图4：TCPTXANTRxRTEFWDREV图4双工器模块实现框图接收预选滤波器实现框图如图5：RxANTRTE图5接收预选滤波器实现框图实现功能1．双工器模块前向链路信号的发射滤波；反向链路信号的接收滤波；功率检测信号的耦合；驻波检测信号的耦合；BTM信号的注入及获取。2．接收预选滤波器反向链路信号的接收滤波；BTM信号的注入。BPFLPFBPFBPF62.3设计思想在设计过程中主要遵循以下设计思路及规则：可实现性。双工器模块的主要功能是同时完成信号的发射和接收，为了保证收发信号互不干扰的传输，双工器收发隔离度一定要高，各端口必须匹配良好，其插入损耗要小，以保证信号的发射和接收指标。由于传输的是CDMA信号，线性度要求较高，在多载波配置中，交调指标要达到系统要求。另外为了完成信号耦合功能，双工器模块中还设计有一个定向耦合器和一个双向定向耦合器。双工器模块承受功率要满足系统要求。对于接收预选滤波器，主要是根据系统要求满足带外抑制指标，插入损耗及端口驻波比亦要求较小。可靠性。双工器模块和接收预选滤波器均为无源模块，合理使用情况下，可靠性较高。低成本。设计中将双向定向耦合器、定向耦合器与双工滤波器集成在一个腔体结构中，可降低成本。2.4技术要求双工器实际上是两个滤波器的组合，而滤波器的种类多种多样，按其插入衰减的频率特性分为四种类型：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器；从响应函数上可分为最平坦型、切比雪夫型、椭圆函数型等；根据其所采用的传输线类型，又可分为波导滤波器、同轴线滤波器、带状线滤波器及微带线滤波器等；同轴线滤波器又有交指滤波器、梳状线滤波器、同轴腔滤波器等等形式。因此，在双工器的设计和选用上，首先应根据系统的要求，确定双工器的各项技术指标，如工作频带、插入损耗、端口驻波、带外抑制、交调指标、功率容量、温度特性、机械要求等，根据这些指标要求，综合成本等因素考虑，即可确定由何种形式的滤波器来实现。下面结合我们CDMA95系统基站中双工器的应用，给出基站双工器的指标设计要求和选型原则。在CDMA95系统BTS中射频前端分机(RFE)首先必须满足IS-95A和IS-97A规范中的相关指标要求。但由于规范中规定的指标要求均为BTS的系统指标，少有可以进行简单分解的，因此难以具体到RFE分机的电性能指标，我们可结合分机中的各组成部件的特点，并参考其他商用系统中的类似部件的电性能指标，从以下几个方面对双工器指标作具体分析。工作频带首先应确定工作频带，基站系统的发射频率和接收频率已经确定，双工器的通道带宽应能保证发射信号和接收信号的顺利通过，同时考虑到收发抑制的实现和抗干扰性能的要求，频带亦不能定的太宽，否则干扰信号进入接收机，易造成信号阻塞，或使接收机载噪比变差，无法正常工作。插入损耗、通带纹波和带外抑制对于插入损耗、通带纹波和带外抑制等几项指标应综合考虑，插入损耗直接影响到基站的发射功率和接收灵敏度，对于通带内的插入损耗应尽可能的小，由于BTS杂散传导/辐射指标，IS-97A规定在基站接收频段-60dBm，基站发射频段-80dBm，其他频段-47dBm，这是在TRX内的指标，同时和HPA的线性和RFE分机中滤波器件的带外抑制指标紧密相关。同时考虑主集天线和分集天线的空间耦合所造成的互相干扰，而在RFE分机中双工器在接收频段起到了预选滤波的作用，因此双工器的收发抑制指标要求较高。考虑到目前部件的水平，并折衷带外抑制和插入损耗的指标后，双工器的收发抑制为90dB；而插入损耗7TxAnt≤1.2dB；AntRx≤1.0dB，可以满足BTS收发及杂散指标。在CDMA基站双工器中，还集成有一个双向定向耦合器，由于CDMA系统对于前向链路的输出功率要求精确控制，因此对于全频带设计的RFE分机中双工器和双向耦合器的通带纹波和双向耦合度的精度指标要求较高。考虑到目前部件的水平，并折衷带外抑制和通带纹波的指标，双工器的通带纹波为≤0.4dB，双向耦合器的通带纹波为≤0.1dB。双向耦合度的精度为≤0.5dB，对于耦合度，可根据系统需耦合信号的大小来确定。对于带外抑制指标的确定，需要从各方面加以考虑，除了收发抑制要求外，还应特别考虑本系统发射频段的杂散功率对其他系统的影响，以及其它系统的发射信号进入本系统接收信道，形成干扰信号，影响本系统。例如在现在的CDMA网络建设中，由于使用的发射频段为870-880MHz，与GSM网络的接收频段890-915MHz相距很近，在两网天线共站址或面对面相距较近时，C网的发射信号及其发射杂散功率就会进入G网的接收机内，造成G网接收信道阻塞，或使其接收灵敏度恶化，网络质量下降，甚至瘫痪。因此，在设计CDMA基站双工器时，就应充分考虑最坏情况对G网的影响，确定双工器在890-915M处的带外抑制，结合CDMA基站中各部件的实际指标和G网最小干扰电平的要求，经计算可得此频段抑制需大于80dB，而G网也应考虑在最差情况下，C网的发射信号进入其接收前段，引起其载噪比变差，甚至信道阻塞，从而增加其接收前端滤波器的带外抑制，提高其系统的抗干扰能力。交调指标IMD（IntermodulationDistortion）干扰是影响无线系统性能的重要因素之一。通常认为IMD只能在有源电路中的非线性器件才能产生，其实在无源器件中也可能产生IMD，我们把它称为PIM。PIM干扰对无线通讯系统有着极为重要的影响，它将降低整个通讯系统的C/I（Carrier-to-Interference），从而降低整个通讯系统的容量。只有当PIM大小低于CDMA系统热噪声底时，才能避免PIM对CDMA系统的影响。CDMA系统的热噪声功率为：Pn=KTB=-174+10*log10(1.2288*106)=-113dBm为了更好的满足系统的要求，我们将预留2dB的余量，因此只能当PPIM-115dBm时，PIM才不会对CDMA系统造成影响。在多载波配置的CDMA基站中，双工器交调指标要达到系统要求。功率容量CDMA基站发射功率较大，一般单载波配置时有20-30W，多载波时功率会更大，双工器模块承受功率要满足系统要求，且应有一定的余量。对于数字信号系统，一般会包括平均功率和峰值功率容量要求。CDMA95基站双工器的功率容量要求为平均功率100W，峰值功率1000W。端口驻波双工器和接收预选滤波器作为基站系统的一个模块，其各端口的驻波比要求要小，以使其和其他部件间匹配良好，减少信号损耗。2.5实