Femtocell和Picocell中接收器动态范围和AGC权衡的研究

随着额外频谱的分配，以及全球对更高数据速率和宽带接入的需求高涨，WiMAX部署在不断加速。由于WiMAX被设计为一个以数据为中心的标准，它的基础架构部署必然不同于以往那些以语音为中心的标准(比如GSM和CDMA)。WiMAX运营商仍将继续采用传统的宏单元来提供初始覆盖范围与容量，但未来会更多地依赖于较小的基站，以在大城市等人口密集地区弥补覆盖范围缺口并增加必需的容量。

这些较小的基站，有时被称为Microcell或Picocell，属于运营商安装设备。Femtocell和Picocell的尺寸非常适合于WLAN接入点(20cm×15cm×5cm=1500cm3)，故很容易安装在建筑物的墙上、灯杆顶端或隧道中。它们的功率预算有限(常常通过以太网供电)，而且必须具有出色的性能，以增强用户体验，同时最大限度地降低资本支出要求。

除了部署宏单元、Microcell和Picocell之外，一些运营商还投资消费者购买及安装的Femtocell，以求扩大家庭或小型办公室的覆盖范围。当WiMAX用户进入家中时，消费终端首先与Femtocell连接，再通过现有DSL或有线调制解调器等回程链路联网。Femtocell对用户和运营商双方都很有益。用户可以获得卓越的室内覆盖范围和最大数据率，运营商方面的优势是更大的网络覆盖范围、更高的频谱使用效率和更低的客户流失率。

Femtocell基站作为一种消费产品，其市场规模预计将在2012年达到200万部(数据来自ABI Research的“WiMAX市场分销及预测”一文)。然而，要实现此目标，Femtocell必须价格合理。要达到这个价格目标，需要对相关标准和Femtocell部署的独特使用环境有充分的认识。本文将介绍一些兼具成本和功率效率的技术，这些技术让制造商能够利用WiMAX收发器(比如ADI公司的AD935x)开发出高性能的Femtocell和Picocell。

在进行Femtocell动态范围分析之初，首先列出WiMAX标准的主要性能要求，详见表1。这些数据来自WiMAX论坛的Mobile RCT(无线电一致性测试)文档。

下面是有关这些要求的一些注解：

·噪声系数(NF)和实现损耗之和为13 dB。一个仅能满足最低要求的系统在市场上是不可能具有竞争力的。因此，假设NF为5.5dB(3.5dB RFIC NF + 2dB前端损耗)，实现损耗为1dB。(注：最大增益时NF为3.5 dB)。

虽然Femtocell的覆盖范围比较小，但极高的灵敏度对降低移动设备发射功率要求十分重要，而且还可以在减少网络干扰的同时最大限度地延长移动设备的电池寿命。

· 对于一个10MHz的信道，如果采用上述假设，QPSK 灵敏度为-94.6dBm，16QAM灵敏度为-84.8dBm。除了具有极好的灵敏度之外，基站还必须能够接收-45dBm信号。

· 最小移动设备的发射功率为-22dBm(23dBm最大功率减去45dB的功率控制范围)。本例中的最小路径损耗假定为23dB。由于Femto基站可以放在桌面上，故移动设备的天线有可能距离基站天线非常近。

动态范围要求

接收器的动态范围常常受到模数转换器(ADC)的限制。在低端，系统噪声系数(NF)+实现损耗应该小于6.5dB(比RCT要求高出6.5dB) 。如果允许ADC贡献0.5dB给接收器的NF，则ADC噪声必须比其它噪声源小10dB左右。

图1：3.5MHz 信号带宽下的ADC动态范围要求

在3.5-MHz带宽下，5.5dB NF的输入级噪声功率大约为-103.1dBm，因此，涉及天线的ADC噪声必须小于-113.1dBm。天线的最大信号功率为-45dBm，本例中的峰均比(PAR)为8dB，不过最高可达12dB。

3dB余裕的增益变化意味着ADC的天线信号功率满额度必须为-34dBm。于是，如图1所示，对于不采用任何AGC的3.5MHz带宽模式，ADC的动态范围必须在79.1dB左右(有效比特位 ENOB=12.8位)。在10MHz带宽模式，噪声可放宽4.5dB，但是需要增加采样率，以保持所需ADC品质因数恒定。

作者：Manish Manglani，Tony Montalvo 和 Chris Cloninger

作者简介：

M. Manglani是ADI公司系统设计工程师，主要从事无线基础架构产品的工作。

T. Montalvo是ADI公司Raleigh (N.C.)设计中心主任。

C. Cloninger是ADI公司WiMAX收发器产品营销经理。

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