飞蜂窝基站实现了家庭无线互连

2009年05月03日 15:05    李宽
关键词: 飞蜂窝 , 基站 , 家庭 , 无线互连
可以想象有一种设备,它能够在家庭范围内提供高质量的电话服务,允许家庭成员之间不受限制地进行语音和数据交流,而每月只需要很低的费用。Femto基站通常是指飞蜂窝(Femtocell,也称为毫微微小区),它具有很多功能。这种小型无线设备放置在家庭或办公室内,可以提高本地无线覆盖。

什么是飞蜂窝

如图1所示,传统基站可以提供大范围的覆盖,而飞蜂窝则提供了诸如居住场所等的小型区域无线覆盖。飞蜂窝路由器与用户的宽带互联网接口相连接,这可以降低无线网络负载。它还可以改善网络容量、降低功耗、减小信号回程成本和维护成本等。




图1 飞蜂窝基站和宏蜂窝(Macrocell)基站的比较



飞蜂窝也允许用户在家庭信号覆盖有限的情况下选择服务方式,用户只需在每月手机费账单中增加一点额外的费用就可以了。

当在飞蜂窝覆盖区域内,所有的移动应用都处于家庭付费的范围之内,允许家庭中不受限制的语音和数据通信而不会增加每月太多的费用。距离飞蜂窝越近,链路的通信质量越高,而又能够同时降低手持设备的电池消耗。飞蜂窝克服了3G信号从基站穿越建筑物墙壁的限制,能够实现对移动数据服务的高速访问,如浏览互联网、下载音乐和视频内容到手持设备上等。

飞蜂窝与Wi-Fi路由器类似,同样基于成熟的无线通信标准(UMTS和CDMA等)。与已有标准兼容的同时,它还使用操作者私有的频谱来提供高效、稳定的无线连接。

飞蜂窝基站还与已有的手持设备兼容,而且连接对用户是透明的。不像宏蜂窝网络那样汇聚数十、乃至上百个基站到核心网络中,一个飞蜂窝网关必须管理数千或甚至百万的飞蜂窝节点。

飞蜂窝必须以与手持设备相当的成本提供从基站到手持设备之间的QoS(服务质量)控制,这为无线设计者提出了挑战。飞蜂窝必须提供高质量的语音服务和高速的移动数据服务(EVDO和HSPA),其成本还不能超过宏蜂窝节点的成本。

为了满足这些挑战,飞蜂窝的设计必须利用低成本的生产技术和高度集成的电路来减小校准和测试时间。飞蜂窝主要安装在家庭内,因此,它们必须体积小巧、成本低且易于用户自己安装。

以低辐射功率(法规规定为100mW)发送数据的飞蜂窝也必须考虑无线环境来减轻干扰和满足法规要求。3G飞蜂窝必须监视UMTS信道和GSM信道来检测邻近的基站建立移动连接,以便当用户离开飞蜂窝覆盖区域时能够正确切换。

飞蜂窝主要由两个部分组成:模拟前端和基带处理器。模拟前端在发送电路中将数字数据流转换为射频信号,在接收电路中执行相反的操作。

模拟前端设计需要在集成度和性能之间进行折中选择。虽然有许多分立解决方案可以通过剪裁达到最好的性能,但成本可能使它不适合在飞蜂窝设计中采用。相反,一个全集成的方案可能提供最低的成本,但性能可能不是最好的。
飞蜂窝的内部结构

图2表示了一个用于本地基站的飞蜂窝设计框图,它工作在UMTS频段1,同时也监视850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz和2100MHz频段的信号。




图2 基于集成解决方案的飞蜂窝模拟前端示意图



在发送侧,数字基带信号以12位的并行数据流传输给混合信号前端,并将其转换送给模拟I/Q基带进行处理。基带信号通过集成射频收发器转换为射频信号,被射频功率放大器进行放大,再发送给双工器,功率监测器监视射频输出。一个单刀6掷(SP6T)开关选择哪一个发送或接收监视链路被连接到设备的天线上。这个信号链路在射频输出连接器上提供了13dBm的输出功率,满足3GPP标准TS25.104所定义的发送ACLR指标。接收链路包括声表面(SAW)滤波器和SPDT开关来监视主通路。匹配模块为每个接收端口提供简化的串行/分流电感

集成射频收发器有三个接收输入引脚:频段1一个,另两个用于高频段和低频段信号监视。频段1接收功能可以在接收1960MHz上行链路信号和监视2140MHz下行链路信号之间切换。

集成射频收发器转换并过滤选择的射频信号,再送给基带I/Q进行信号处理。基带信号被混合信号前端采样,并转换为两个12位并行位流,送给数字基带处理。

按功能划分可以给设计者带来很大的设计灵活性,保证信号在链路中的高性能,并允许选择合适转换速率和分辨率的数据转换器来满足应用需求。这样的方案能够使设计者可以将已有的商业基带器件加到模拟前端中,以加速飞蜂窝产品的面市时间,将来飞蜂窝市场成熟时也还能再增加新的功能。
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