MIMO的LTE數(shù)字直放站技術(shù)分析及系統(tǒng)應用

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 MIMO的LTE數(shù)字直放站技術(shù)分析及系統(tǒng)應用 1.引言 LTE（Long Term Evolution）是近兩年來3GPP啟動的的通信新技術(shù)研發(fā)項目，由于LTE標準具有更高頻譜效率的無線接入技術(shù)及平滑的IP網(wǎng)絡，相比于2G/3G的移動網(wǎng)絡，網(wǎng)絡性能獲得大幅度的提高，并明顯降低了網(wǎng)絡的運營成本。LTE作為新一代技術(shù)路標，其目標容量和數(shù)據(jù)速率的提高可支持對容量和性能有較*求的新業(yè)務和特征，隨著必要的網(wǎng)絡構(gòu)架和技術(shù)改良，下行鏈路和上行鏈路通道數(shù)據(jù)速率更高，其中基于TDD的TD-SCDMA將演進到TDD-LTE,而基于FDD的WCDMA,CDMA2000將演進到FDD-

2、LTE.移動數(shù)據(jù)業(yè)務的爆發(fā)式增長與智能手機的高速發(fā)展，正在加速移動寬帶市場的發(fā)展，20*年開始，F(xiàn)DD LTE已經(jīng)進入化商用部署階段，目前已遍及歐洲、北美、亞太和中東等。 7月13日，工業(yè)和信息化部有關(guān)負責人明確表示，將根據(jù)企業(yè)申請情況和所具備的條件，推動年內(nèi)發(fā)放4G牌照，加快推進中國4G產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。在國內(nèi)，中國移動近期啟動的TD-LTE一期招標正在如火如荼地開展，此次招標建設的TD-LTE網(wǎng)絡，建成后將是的4G網(wǎng)絡。而*仍會堅持FDD LTE的各項準備和實驗工作，*在4G時代的終端和網(wǎng)絡上仍可能占優(yōu)勢。 因此未來1-3年LTE將會進入全面覆蓋的時候，基站網(wǎng)絡一旦形成，需要大量的直放站開展補充

3、和支撐，以形成完整的覆蓋網(wǎng)絡，而且LTE通信的智能面很高，終端一般在室內(nèi)，因此，各類數(shù)字化、多?；?、集成化、智能化的直放站及其室內(nèi)數(shù)字分布系統(tǒng)需求仍有較大的市場。 2.基于MIMO的LTE數(shù)字光纖直放站 2.1 整體架構(gòu) 在移動通信領域，直放站是基站網(wǎng)絡形成以后，開展盲區(qū)的覆蓋補充和完善，新型數(shù)字光纖直放站是目前直放站中應用廣泛的。以典型的2*2MIMO的新型數(shù)字光纖直放站原理框圖如圖1所示： 遠端機主要分為4個大模塊：數(shù)字處理模塊、RFIC收發(fā)模塊、功放和雙工器濾波模塊。數(shù)字處理模塊用于光傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)、數(shù)字上下變頻、A/D轉(zhuǎn)換等；收發(fā)模塊完成中頻信號到射頻信號的變換；再經(jīng)過功放和濾波模塊，

4、將射頻信號通過天線口發(fā)射出去。近端機更簡單，主要比遠端機少了低噪放和功放，其他原理和遠端機類似。 2.2 新型LTE數(shù)字直放站的主要技術(shù) 不用于傳統(tǒng)的2G、3G數(shù)字光纖站，新型的基于MIMO技術(shù)的LTE數(shù)字直放站是將多路的射頻信號數(shù)字化，采用RFIC射頻集成技術(shù)、多路DPD線性處理技術(shù)、高效率功放技術(shù)、數(shù)字變頻技術(shù)、多路基帶信號處理技術(shù)、數(shù)字光端機、嵌入式軟件輔助系統(tǒng)來完成。其主要特點是可提高直放站靈活性、抗外界干擾的能力、提高功放效率，滿足節(jié)約型社會需要。同時在軟件系統(tǒng)的幫助下，輕松實現(xiàn)升級擴容，組網(wǎng)方式靈活多變。其主要創(chuàng)新的技術(shù)包括以下幾方面： （1）射頻小信號、數(shù)字硬件一體化技術(shù)及實現(xiàn)方

5、案 由于要求直放站設備體積盡量小，整機系統(tǒng)子模塊可以考慮高度集成、一體化設計，并作好構(gòu)造的散熱分析設計。為了低成本和小體積的設計考慮，采用一體化集成RFIC芯片設計，如ADI的AD9362,Maxim的MAX2580等一體化集成芯片可以滿足設計指標要求。其一體化集成芯片設計主要包括鎖相環(huán)，模擬寬帶上下變頻，ADC、DAC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以及中頻濾波放大等。主要功能是對輸入、輸出數(shù)據(jù)開展各種放大、濾波和頻率變換；由于正交分解后的I/Q兩路基帶信號對上述后續(xù)處理往往帶來很大的方便和良好的性能，大部分數(shù)字變頻方案都采用了正交兩路處理的典型構(gòu)造。 （2）高效率高線性功放設計 總功率輸出10W以上的功放，其功

6、放模塊采用了Doherty功放合成技術(shù)和先進算法的雙通道分時處理的單路DPD技術(shù)相結(jié)合，使功放的線性和效率得到很大的提高，既滿足LTE信號對線性的*求，又降低了設備功耗，減小運營商的運營成本。其功放模塊的原理框圖如圖2. Doherty功放合成技術(shù)及實現(xiàn) 功率放大器的線性度和效率是設計功率放大器的重點。Doherty方法被認為是提高效率有前景的一種構(gòu)造。Doherty功放有一個主功放和峰值功放構(gòu)成，將輸入信號的平均部分和峰值部分分開放大，然后合成，通過對輸出的合路微帶的設計，使峰值功放和主功放都起到Load-Pull的作用從而獲得高效率。數(shù)字預失真DPD與Doherty結(jié)合的構(gòu)造具有很大的價值

7、。 由于LTE系統(tǒng)采用了OFDM和64QAM調(diào)制方式，具有很高的峰值功率，因此本項目采用適當?shù)南鞣錍FR技術(shù)，包絡跟蹤技術(shù)和2路Doherty合成等技術(shù)，進一步提高功放效率。 功放部分采用了多通道分時處理的單路數(shù)字預失真DPD技術(shù)及實現(xiàn) D P D技術(shù)的優(yōu)點是不存在穩(wěn)定性問題，有更寬的信號頻帶，能夠處理含多載波的信號，效率較高。為了滿足LTE調(diào)制信號對功放的高線性要求，新一代功放的DPD技術(shù)得到了極大地發(fā)展。DPD算法的主要思想是對功放的非線性效應開展反向建模，以抑制它的非線性影響，使功放盡可能線性化。 另外LTE數(shù)字光纖站開發(fā)采用多天線技術(shù)，支持2天線，相應的下行功放輸出有2路，采用射頻開關(guān)

8、切換，分別對其每路功放開展DPD數(shù)字預失真處理，通過軟件設計一定時間開展切換保持，可以保證每路的DPD的性能，比傳統(tǒng)DPD方式減少了1路，節(jié)省了硬件空間，并節(jié)約了成本。 （3）CPRI支持大容量接口協(xié)議的研究 通用公共無線接口聯(lián)盟（簡稱CPRI）是一個工業(yè)合作組織，致力于從事無線基站內(nèi)部無線設備控制中心（簡稱REC）及無線設備（簡稱RE）之間主要接口規(guī)范的制定工作。本項目采用XLINX公司的FPGA的方式，將CPRI接口部分和數(shù)字前端部分集成到一個芯片當中，從而提高了系統(tǒng)的集成度和抗電磁干擾能力，降低了系統(tǒng)成本，同時FPGA的可再編程性，使得CPRI接口可以根據(jù)需要靈活調(diào)整，增強了不同設備廠商

9、之間的設備兼容性。同時FDD-LTE分布式基站Ir接口技術(shù)要求也已經(jīng)制訂出來相關(guān)標準。隨著相關(guān)技術(shù)和標準的發(fā)展，CPRI標準也已不斷開展了更新和升級。 4G移動通信LTE采用了MIMO技術(shù)，其數(shù)據(jù)容量增大了幾倍，因此對于光纖數(shù)據(jù)傳輸相應的容量要求也更高了，現(xiàn)在XLINX、ALTERA、LATTICE等公司都新推出的各類型的FPGA可以滿足低成本數(shù)據(jù)壓縮設計的需求。本項目采用了XLINX數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)算法，降低了數(shù)字光模塊的速率要求，滿足了低成本光纖傳輸?shù)脑O計需求。 （4）軟件無線電技術(shù)的研究 采用軟件無線電思想設計數(shù)字直放站，可以使得直放站的系統(tǒng)升級和功能增加都可以采用軟件的方式開展加載。項目采

10、用可重構(gòu)的FPGA作為系統(tǒng)器件，目的就是要將數(shù)字前端的數(shù)字上下變頻、CFR、DPD,以及一些基帶的處理都放在FPGA中開展設計，并且Xilinx公司的V4,V5等系列FPGA還集成了DSP,可以完成CPU的部分功能，有利于直放站設計的小型化和集成化，實現(xiàn)功放效率的提升，支持多載波和可以遠程升級。 3.LTE數(shù)字光纖直放站產(chǎn)品應用及組網(wǎng)方式 FDD LTE數(shù)字化典型直放站設計平臺上開展深入開發(fā)，根據(jù)實際LTE的使用特點及兼容2G,3G覆蓋市場的市場需求開發(fā)派生出了相應使用環(huán)境的各種類型的數(shù)字直放站產(chǎn)品。綜合考慮應用到4G LTE的數(shù)字直放站產(chǎn)品方面，主要有典型的大功率數(shù)字光纖站，小功率一體化天線

11、（或偽裝天線）數(shù)字光纖站產(chǎn)品，以及微功率光纖分布系統(tǒng)產(chǎn)品。 3.1 典型的大功率LTE數(shù)字光纖站 典型的大功率LTE數(shù)字光纖站主要有每路輸出10W,20W,40W,60W等功率級別的產(chǎn)品。由于采用了射頻集成一體化，和高效率、高線性的功放設計，新型的FDDLTE數(shù)字光纖站的體積更小，效率更高。 這種數(shù)字光纖站一般應用于道路沿線長距離覆蓋，大型住宅小區(qū)覆蓋，解決城區(qū)基站尋址難問題的場合覆蓋。 其組網(wǎng)方式主要有網(wǎng)狀，星型，菊花鏈，以及混合形組網(wǎng)方式，如圖3.菊花鏈組網(wǎng)方式非常適合于道路沿線長距離覆蓋，星型+菊花鏈型混合方式組網(wǎng)，該組網(wǎng)方式適用于大范圍、大面積網(wǎng)絡覆蓋應用可以組成分布式覆蓋系統(tǒng)開展大范

12、圍覆蓋。 3.2 小功率一體化天線（偽裝型）數(shù)字光纖站產(chǎn)品 隨著運營商及客戶的發(fā)展需求，很多小區(qū)城中村不斷的增加，弱信號覆蓋區(qū)域越來越多，而隨著通訊知識的普及，群眾對射頻信號輻射的意識已逐漸增強，因此物業(yè)協(xié)調(diào)難度也越來越大，很多應用場景不能使用正常的天線開展覆蓋補盲，這就需要有一種輻射功率不大且天線偽裝的直放站，使直放站設備工程架設容易又對群眾的影響降到。 鑒于上述存在的問題，開發(fā)一種小功率一體化天線（偽裝型）的數(shù)字光纖直放站產(chǎn)品將會得到廣泛的應用，其組網(wǎng)工作原理示意圖如圖4.設備功率每路支持2W,美化機箱尺寸及外觀以閉路配線箱或網(wǎng)絡集線箱來設計，設備使用的光纖及取電均使用當?shù)噩F(xiàn)網(wǎng)資源，由于采

13、用了隱蔽小巧的外觀，不用業(yè)主協(xié)調(diào)，工程安裝方便快捷，能夠有效解決城中村及復雜住宅小區(qū)等場景的信號覆蓋問題。 3.3 包含4G LTE的多業(yè)務數(shù)字光纖分布系統(tǒng)產(chǎn)品 只有近端和遠端的數(shù)字光纖站，在室內(nèi)分布系統(tǒng)中，由于帶載的遠端數(shù)量的限制，無法在實際室內(nèi)分別工程的得到大量應用。因此考慮在近端、遠端之間加擴展單元，這就是目前已在2G、3G制式大量應用的微功率光纖分布式系統(tǒng)，而在此系統(tǒng)參加2*2 MIMO 的4G LTE以支持多模多業(yè)務的新型光纖分布系統(tǒng)。微功率光纖分布式系統(tǒng)是指由接入控制單元（AU:AcessU n i t ） 、近端擴展單元（ M E U : E x t e n dUnit）、遠端射頻單元（RU:Remote Unit）三部分組成的支持2G、3G、4G、WLAN、固網(wǎng)寬帶等多業(yè)務的新型分布系統(tǒng)，其組網(wǎng)方式靈活，帶載的遠端數(shù)量也更多，其組網(wǎng)工作示意圖如下列圖5.目前已經(jīng)開始廣泛用于2G/3G/4G/WLAN 無線通信信號深度覆蓋。 4.總結(jié) 新一代基于MIMO技術(shù)