MPWC 模塊在直放站中的應用

隨著2G/3G通訊技術的發展，用戶數目的不斷增加，出現了服務面大、地區廣、用戶分散等特點。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，必然會導致投資大、信道利用率低等題目。另外，在移動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），使用直放站作為實現“小容量、大覆蓋”目標的必要手段之一，是解決通訊網絡延伸覆 蓋能力的一種優選方案。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絡覆蓋，二是其造價遠遠低于有同樣效果的微蜂窩系統（一個CDMA直 放站的投資約為一個CDMA 基站的1/10）。可以有效解決信號延伸和覆蓋題目，改善通訊質量；能對接收到的微弱的移動通訊基站信號進行線性放大，再經過重發天線轉發至服務區域，同 時也將服務區域移動臺的信號進行接收、放大、重發給基站，從而實現了信號的中繼、重發等功能，并可利用重發天線的定向性，滿足特定區域信號的覆蓋。

本文用廣嘉BG822CX芯片開發的MPWC模塊實現了無線、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應用在高中頻收發信機中而開發的射頻芯片。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。發射機集成了包括 LPF，VGA，多相濾波器，調制器和輸出驅動器在內的所有模塊。此外，也實現了壓控振蕩器和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。射頻信號由天線進進，經過射頻濾波器連接到LNA1的輸進端，然后到達射頻混頻器（其功能是將射頻信號轉變為高中頻信號。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

片上集成了兩個高性能，多頻帶的低噪放LNA1，第一個LNA1 用于覆蓋IS-95 和 GSM900 的接收機。第二個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，其功能是產生足夠增益以克服隨后階段產生的噪聲。通過控制3線串行總線程序可以將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

片上集成兩個低噪放LNA2+混頻器。第一個LNA2用于IS-95 和GSM900接收機。第二個LNA2用于GSM1800、 GSM1900、 SCDMA、 PHS、 WCDMA 和 TD-SCDMA接收機。通過控制3線串行總線程序，兩個LNA2+混頻器都可以被設置為低增益和高增益兩種模式。外部輸進匹配電路需要與外部射頻濾波器 或不平衡變壓器連接。混頻器是接收機系統中典型前端電路中一個重要的功能塊。下變頻器（也被稱為下變頻混頻器）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4階低通濾波器以提供必要的衰減濾波。通過控制3線串行總線，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和發射端VGA，在40 MHz 到 120 MHz頻率范圍內均為dB線性設計。

2．2發射機

發射機實現把模擬中頻信號從發射通道進進，調制到射頻信號，通過功率放大器，濾波器和天線開關發送出往。發射機由中頻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的中頻信號帶來的高次諧波。通過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，同時需要有中頻可變增益放大器VGA。發射機VGA提供在線性1dB步進的情況下，增益范圍是16dB。

　　b) 射頻混頻器RF Mixer (上變頻)

在發送通道，使用一個多相濾波器用以抑制射頻混頻器中得到邊帶信號。上變頻混頻器用來產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。混頻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驅動器 (VGA+Driver)

片上集成兩個功率驅動器。第一個PA驅動器用于IS-95 和GSM900發射機。第二個PA驅動器用于GSM1800, GSM1900, SCDMA, TD-SCDMA, WCDMA 和PHS發射機。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，PA驅動器采用單端，集電極開路輸出形式，用于外部匹配網絡需要，且易于和與通用的射頻過濾器 連接。

2．3 頻率合成器

頻率合成器為收發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。只有環路濾波器為外置，便于調整。通道選擇采用3線SPI總線控制。而且采用了快速鎖定電路用于加快頻率合成器的鎖定時間。

2．4 3線SPI

3線SPI采用通用的標準設計實現與其他控制器通訊。

2．5 電特性參數見產品手冊

3 應用電路圖：圖2所示

　　圖2：應用電路

二．MPWC模塊在GSM/CDMA無線、光纖及TD-SCDMA直放站的應用

1．無線直放站的應用

直放站屬于同頻放大設備，是指在無線通訊傳輸過程中起到信號增強的一種無線電發射中轉設備。無線直放站的基本功能就是一個射頻信號功率增強器。 直放站在下行鏈路中，由檀越天線現有的覆蓋區域中拾取信號，通過帶通濾波器對帶通外的信號進行極好的隔離，將濾波的信號經功放放大后再次發射到待覆蓋區 域。在上行鏈接路徑中，覆蓋區域內的移動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射到相應基站，從而達到基地站與手機的信號傳遞。GSM移動 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移動通訊直放站傳統原理框圖

　　圖4：MPWC模塊在無線直放站的應用

　　圖5：MPWC模塊在TD-SCDMA直放站應用框圖

2．光纖直放站的應用

光纖直放站與無線直放站通過接收空間傳播的無線信號進行放大，從而擴大基站的覆蓋范圍。光纖直放站是通過光纖進行傳輸，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。 光纖型直放站的關鍵電路單元是光收、發單元。光發射單元主要由光調制器、光功率控制電路、光發射使能答應和無光告警電路組成。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。無線信號從基站中耦合出來后，進進光近端機，通過電光轉換，電信號轉變為光信號，從光近 端機輸進至光纖，經過光纖傳輸到光遠端機，光遠端機把光信號轉為電信號，進進RF單元進行放大，信號經過放大后送進發射天線，覆蓋目標區域。上行鏈路的工 作原理一樣，手機發射的信號通過接收天線至光遠端機，再到近端機，回到基站。通過精心設計的功率和增益控制電路及光發射告警電路，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，升級維護方便等優點。以下將針對此特點用框圖先容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