3G蜂窝Femto基站单芯片收发器方案和射频参考设计

为什么使用Femto基站？

基于3GPP的第三代蜂窝系统设计用于支持全移动多媒体体验，很多情况下，该系统的普及受限于其接收效果，尤其是住宅和偏远地区。在住宅密集的市区，尤其是高层建筑物中，急待解决系统扩容、改善服务质量(QoS)等问题。

面对这样的要求，"Femto"蜂窝基站应该是合乎逻辑的选择，基站一般分为以下几类：
• +45dBm：宏蜂窝基站，覆盖室外大约5km的区域
• +30dBm：微蜂窝基站，覆盖大约0.5km的区域
• +15dBm：Femto基站，覆盖大约50m的室内住宅或建筑区域

对于住宅内部署，Femto基站可通过公共交换电话网接入网络，通常可以采用住宅的DSL线路。手机仅与家里的Femto基站通信，从而使用户摆脱对宏蜂窝基站的依赖。在高层建筑中，Femto基站可连接到大厦的有线以太网系统，这也减轻了宏蜂窝基站的负荷。下面，我们简单介绍Femto基站部署的基础，了解Maxim射频方案如何为这一技术提供关键优势。

提高蜂窝覆盖

蜂窝系统的设计需要在手机电池寿命、手机计算功耗、基站用户负荷之间达到最佳平衡。此外，随着蜂窝标准的不断完善，可以充分发挥先进的移动DSP的性能优势。蜂窝系统运营商紧跟这一趋势，努力提供更多、更好的多媒体内容，从而提高收入并吸引更多的新用户。用户则享受到了"无处不在"的移动互联。由于蜂窝手机用户以每年1亿的速率增长，在这一利益的驱使下，形成了一个高效、极具竞争的供应链，以保证低价格、高性能。

宽带无线通信与蜂窝RF业务的比较

宽带无线系统的开发和部署与蜂窝系统的开发计划如影随形，以满足市场/用户的发展需求。最初，所谓的"咖啡厅"Wi-Fi®为用户提供802.11互联网接入，当用户在附近停留或在饭店用餐时可以使用网络。随后，有些城市开始着手建设Metro-Wi-Fi接入点，为商业区提供服务。这种模式非常成功，2004年发布了更好的无线接入系统，即802.16 WiMAX® (以及韩国的WiBro®)，目的是提供"城域宽带无线接入"服务。

采用正交频分复用(OFDM)代替单载波调制，能够允许这些宽带无线系统克服城市的多径效应，但发射功率需要提高4倍。这是因为OFDM 802.16d的峰均比(pk-avg)接近11dB，而WCDMA 3GPP pk-avg为5dB。Intel®已经率先将WiMAX作为超级移动PC (UMPC)的RF连接标准，超级移动PC的大小定义为普通蜂窝电话的大约6倍。因此，UMPC促进了WiMAX服务，但由于WiMAX需要更大容量的电池，所以很难将其集成到超薄/翻盖手机中。

发射塔建设

蜂窝和WiMAX部署的一个共同障碍是发射塔建设和道路占用问题。道路占用权的租赁费用以及市政部门对城市规划的条例，都会大大制约这两套系统的建设空间和区域。蜂窝运营商早在WiMAX之前大约20年就开始系统的部署与建设，在基站覆盖和新建系统上具有明显优势。

有线固定住宅业务

有线住宅接入系统是对住宅WiMAX的有力补充。住宅业务一般包括光纤到户(PON)、电话线DSL和有线电视互联接入。在发达国家，这些业务得益于网络终端设备的长期发展。PON是比较新的接入方案，但网络的本地交换运营商(LEC)已经拥有道路使用权，只需要用新光纤替换老旧的铜缆即可。

这些业务为Femto基站部署提供了现成的设计平台，我们将在下文详细讨论。

基本的Femto基站部署

图1所示对传统的节点B宏峰窝基站连接与Femto基站连接进行了比较。

图1. 传统的节点B宏蜂窝基站连接与Femto基站连接比较

图1中，左侧部分为蜂窝手机与蜂窝发射塔的直接连接方式，图中房屋为木质结构，穿过墙壁的损耗相对较低，在一定程度上等效于靠近宏蜂窝基站。

右侧部分则为混凝土高层建筑，室内或公共办公楼安装了Femto基站。通过住宅DSL线路或商用有线以太网连接Femto基站。这种情况下，大厦内的信号可以很微弱，Femto基站扮演了一个"个人、专用基站"的角色，不与宏蜂窝基站通信。

需要指出的一点是现在许多基带DSP供应商都可提供成熟方案，使Femto基站能够克服宏基站和其它Femto基站信号的干扰，这一点对Femto基站来说很重要。

Femto基站克服了蜂窝系统的关键问题

容量限制

传统的宏蜂窝基站在高峰时段的呼叫容量受到一定限制。系统按照统计学原理设计，采用了流量排队理论处理既定时间的呼叫数量。所以，长时间的通话会降低高峰时段的呼叫容量。

另外，当基站为位于边界附近的手机提供服务时，宏蜂窝基站将不得不增大发射功率，这会影响为其他客户服务的动态范围。所以，边界附近的手机呼叫也会降低总呼叫容量因为他们会压缩基站发射的动态范围(见图2)。

图2. 呼叫距离对宏蜂窝基站发射功率的影响

这两种因素限制了宏基站的容量，进而影