MPWC 模塊在直放站中的應用

隨著(zhù)2G/3G通訊技術(shù)的發(fā)展，用戶(hù)數目的不斷增加，出現了服務(wù)面大、地區廣、用戶(hù)分散等特點(diǎn)。如城郊、縣城、鄉鎮、農村及高速公路等，這些地區 假如都用基站覆蓋，必然會(huì )導致投資大、信道利用率低等題目。另外，在移動(dòng)通訊信號的傳輸途徑中，由于某些自然及人為因素（如高山、大型建筑物、隧道和地下 設施等）的影響，給通訊帶來(lái)很大困難。

直放站，作為目前使用的一種射頻信號的中繼放大器（中繼器），使用直放站作為實(shí)現“小容量、大覆蓋”目標的必要手段之一，是解決通訊網(wǎng)絡(luò )延伸覆 蓋能力的一種優(yōu)選方案。主要是由于使用直放站之一，是在不增加基站數目的條件下保證網(wǎng)絡(luò )覆蓋，二是其造價(jià)遠遠低于有同樣效果的微蜂窩系統（一個(gè)CDMA直 放站的投資約為一個(gè)CDMA 基站的1/10）?？梢杂行Ы鉀Q信號延伸和覆蓋題目，改善通訊質(zhì)量；能對接收到的微弱的移動(dòng)通訊基站信號進(jìn)行線(xiàn)性放大，再經(jīng)過(guò)重發(fā)天線(xiàn)轉發(fā)至服務(wù)區域，同 時(shí)也將服務(wù)區域移動(dòng)臺的信號進(jìn)行接收、放大、重發(fā)給基站，從而實(shí)現了信號的中繼、重發(fā)等功能，并可利用重發(fā)天線(xiàn)的定向性，滿(mǎn)足特定區域信號的覆蓋。

本文用廣嘉BG822CX芯片開(kāi)發(fā)的MPWC模塊實(shí)現了無(wú)線(xiàn)、光纖和TD-SCDMA直放站變頻單元的功能。廣嘉BG822CX是一款特別針對 GSM900、GSM1800、GSM1900、IS-95、TD-SCDMA、SCDMA，PHS和 WCDMA應用在高中頻收發(fā)信機中而開(kāi)發(fā)的射頻芯片。其中，接收機集成了包括低噪聲放大器，混頻器，VGA 和LPF在內的所有模塊。發(fā)射機集成了包括 LPF，VGA，多相濾波器，調制器和輸出驅動(dòng)器在內的所有模塊。此外，也實(shí)現了壓控振蕩器和Integer-N PLL 在芯片上的全集成。

一．廣嘉MPWC模塊（BG822CX芯片）原理框圖及功能描述

　　1．原理框圖：圖1

2． 功能描述

2．1 接收機

接收機由低噪放LNA1, LNA2及射頻混頻器，AGC 和低通濾波器(RX LPF)組成。射頻信號由天線(xiàn)進(jìn)進(jìn)，經(jīng)過(guò)射頻濾波器連接到LNA1的輸進(jìn)端，然后到達射頻混頻器（其功能是將射頻信號轉變?yōu)楦咧蓄l信號。為了維持電纜的中 頻輸出電平恒定，內部中頻AGC可以提供足夠的增益控制。

a) 低噪放 LNA1

片上集成了兩個(gè)高性能，多頻帶的低噪放LNA1，第一個(gè)LNA1 用于覆蓋IS-95 和 GSM900 的接收機。第二個(gè)LNA1用于覆蓋GSM1800, GSM1900, SCDMA, PHS, WCDMA 和 TD-SCDMA接收機。LNA1 是接收機中的第一級，其功能是產(chǎn)生足夠增益以克服隨后階段產(chǎn)生的噪聲。通過(guò)控制3線(xiàn)串行總線(xiàn)程序可以將LNA1 設置成三種模式：旁路模式，低增益模式和高增益模式。LNA1采用單端50 Ω輸進(jìn)輸出。外部匹配電路需要與外部的射頻濾波器連接。多頻帶LNA1用于覆蓋寬帶頻率,頻率范圍從824MHz 到 2200MHz,但不同時(shí)工作.

　　IS-95：824MHz~869MHz；

　　GSM900：890MHz~915MHz；

　　GSM1800：1710MHz~1785MHz;

　　GSM1900：1850~1910MHz;

　　SCDMA：1785.25MHz~1804.75MHz;

　　PHS：1891.15MHz~1917.95MHz;

　　WCDMA：1920MHz~1980MHz;

　　TD-SCDMA：2010-2025MHz.

　　b) 低噪放 LNA2+MIXER 混頻器

片上集成兩個(gè)低噪放LNA2+混頻器。第一個(gè)LNA2用于IS-95 和GSM900接收機。第二個(gè)LNA2用于GSM1800、 GSM1900、 SCDMA、 PHS、 WCDMA 和 TD-SCDMA接收機。通過(guò)控制3線(xiàn)串行總線(xiàn)程序，兩個(gè)LNA2+混頻器都可以被設置為低增益和高增益兩種模式。外部輸進(jìn)匹配電路需要與外部射頻濾波器 或不平衡變壓器連接?；祛l器是接收機系統中典型前端電路中一個(gè)重要的功能塊。下變頻器（也被稱(chēng)為下變頻混頻器）將射頻信號轉換成中頻帶信號。反之，上變頻 器（也被稱(chēng)為上變頻混頻器）的作用就是將中頻信號轉換成射頻信號。

　　c) 可變增益放大器 VGA, 低通濾波器 LPF

　　接收機通道濾波器是一個(gè)4階低通濾波器以提供必要的衰減濾波。通過(guò)控制3線(xiàn)串行總線(xiàn)，濾波器可以配置成不同中頻頻率。在VGA工作頻率范圍內，每dB增益變化小于1 dB。接收VGA和發(fā)射端VGA，在40 MHz 到 120 MHz頻率范圍內均為dB線(xiàn)性設計。

2．2發(fā)射機

發(fā)射機實(shí)現把模擬中頻信號從發(fā)射通道進(jìn)進(jìn)，調制到射頻信號，通過(guò)功率放大器，濾波器和天線(xiàn)開(kāi)關(guān)發(fā)送出往。發(fā)射機由中頻LPF，射頻混頻器和可變增益放大器構成，并與外部帶通濾波器和功率放大器連接。

　　a) 發(fā)射機低通濾波器 (TX LPF)， 可變增益放大器VGA

低通濾波器用于濾除由外部電纜輸進(jìn)的中頻信號帶來(lái)的高次諧波。通過(guò)3位數字控制字，濾波器的截止頻率可以濾波器可以配置成不同中頻頻率。為了補償電纜損耗，同時(shí)需要有中頻可變增益放大器VGA。發(fā)射機VGA提供在線(xiàn)性1dB步進(jìn)的情況下，增益范圍是16dB。

　　b) 射頻混頻器RF Mixer (上變頻)

在發(fā)送通道，使用一個(gè)多相濾波器用以抑制射頻混頻器中得到邊帶信號。上變頻混頻器用來(lái)產(chǎn)生所需要的射頻信號，并且設計成寬帶結構，頻率范圍在824到2200 MHz之間?；祛l器和中頻多相濾波器都有很高的邊帶抑制度。

　　c) 可變增益放大器和功率放大器PA驅動(dòng)器 (VGA+Driver)

片上集成兩個(gè)功率驅動(dòng)器。第一個(gè)PA驅動(dòng)器用于IS-95 和GSM900發(fā)射機。第二個(gè)PA驅動(dòng)器用于GSM1800, GSM1900, SCDMA, TD-SCDMA, WCDMA 和PHS發(fā)射機。并且前端射頻可變增益放大器RF VGA提供9dB的可變增益控制范圍。為改善1dB壓縮點(diǎn)，PA驅動(dòng)器采用單端，集電極開(kāi)路輸出形式，用于外部匹配網(wǎng)絡(luò )需要，且易于和與通用的射頻過(guò)濾器 連接。

2．3 頻率合成器

頻率合成器為收發(fā)機提供所需要的本振信號。芯片采用全集成方式，集成了包括壓控振蕩器VCO，整數N分離器，PFD檢測，電荷泵和其他控制電路 在內的所有合成器單元。只有環(huán)路濾波器為外置，便于調整。通道選擇采用3線(xiàn)SPI總線(xiàn)控制。而且采用了快速鎖定電路用于加快頻率合成器的鎖定時(shí)間。

2．4 3線(xiàn)SPI

3線(xiàn)SPI采用通用的標準設計實(shí)現與其他控制器通訊。

2．5 電特性參數見(jiàn)產(chǎn)品手冊

3 應用電路圖：圖2所示

　　圖2：應用電路

二．MPWC模塊在GSM/CDMA無(wú)線(xiàn)、光纖及TD-SCDMA直放站的應用

1．無(wú)線(xiàn)直放站的應用

直放站屬于同頻放大設備，是指在無(wú)線(xiàn)通訊傳輸過(guò)程中起到信號增強的一種無(wú)線(xiàn)電發(fā)射中轉設備。無(wú)線(xiàn)直放站的基本功能就是一個(gè)射頻信號功率增強器。 直放站在下行鏈路中，由檀越天線(xiàn)現有的覆蓋區域中拾取信號，通過(guò)帶通濾波器對帶通外的信號進(jìn)行極好的隔離，將濾波的信號經(jīng)功放放大后再次發(fā)射到待覆蓋區 域。在上行鏈接路徑中，覆蓋區域內的移動(dòng)臺手機的信號以同樣的工作方式由上行放大鏈路處理后發(fā)射到相應基站，從而達到基地站與手機的信號傳遞。GSM移動(dòng) 通訊直放站傳統原理框圖如圖1。模塊化應用框圖如圖4、圖5。

　　圖3：GSM移動(dòng)通訊直放站傳統原理框圖

　　圖4：MPWC模塊在無(wú)線(xiàn)直放站的應用

　　圖5：MPWC模塊在TD-SCDMA直放站應用框圖

2．光纖直放站的應用

光纖直放站與無(wú)線(xiàn)直放站通過(guò)接收空間傳播的無(wú)線(xiàn)信號進(jìn)行放大，從而擴大基站的覆蓋范圍。光纖直放站是通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸，采用光信號接收器和轉換器連接偏遠的區域。 光纖直放站的原理圖如圖6所示，主要有光近端機、光纖、光遠端機（覆蓋單元）幾組成。光近端機和光遠端機都包括射頻單元(RF單元)和光單元。 光纖型直放站的關(guān)鍵電路單元是光收、發(fā)單元。光發(fā)射單元主要由光調制器、光功率控制電路、光發(fā)射使能答應和無(wú)光告警電路組成。光接收單元主要由光解調器、 射頻放大電路及濾波、增益控制和接收光強度檢測及告警四部分組成。無(wú)線(xiàn)信號從基站中耦合出來(lái)后，進(jìn)進(jìn)光近端機，通過(guò)電光轉換，電信號轉變?yōu)楣庑盘?，從光?端機輸進(jìn)至光纖，經(jīng)過(guò)光纖傳輸到光遠端機，光遠端機把光信號轉為電信號，進(jìn)進(jìn)RF單元進(jìn)行放大，信號經(jīng)過(guò)放大后送進(jìn)發(fā)射天線(xiàn)，覆蓋目標區域。上行鏈路的工 作原理一樣，手機發(fā)射的信號通過(guò)接收天線(xiàn)至光遠端機，再到近端機，回到基站。通過(guò)精心設計的功率和增益控制電路及光發(fā)射告警電路，使設備具有很高的穩定性 和可靠性。在射頻部分，完全采用模塊化設計，具有穩定性好，升級維護方便等優(yōu)點(diǎn)。以下將針對此特點(diǎn)用框圖先容MPWC(變頻單元)在光纖直放站的應用。

　　圖7：MPWC模塊在光纖直放站的應用原理框圖