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基于MIMO的LTE数字直放站技术研究及系统应用

LTE(Long Term EvoluTIon)是近两年来3GPP启动的最大的通信新技术研发项目,由于LTE标准具有更高频谱效率的无线接入技术及平滑的IP核心网络,相比于 2G/3G的移动网络,网络性能获得大幅度的提高,并明显降低了网络的运营成本。LTE作为新一代技术路标,其目标容量和数据速率的提高可支持对容量和性能有较高要求的新业务和特征,随着必要的网络构架和技术改进,下行链路和上行链路通道数据速率更高,其中基于TDD的TD-SCDMA将演进到TDD- LTE,而基于FDD的WCDMA,CDMA2000将演进到FDD-LTE。移动数据业务的爆发式增长与智能手机的高速发展,正在加速移动宽带市场的发展,2010年开始,FDD LTE已经进入全球化商用部署阶段,目前已遍及欧洲?北美?亚太和中东等。
7月13日,工业和信息化部有关负责人明确表示,将根据企业申请情况和所具备的条件,推动年内发放4G牌照,加快推进中国4G产业化发展。在国内, ***近期启动的TD-LTE一期招标正在如火如荼地进行,此次招标建设的TD-LTE网络,建成后将是全球最大的4G网络。而中国联通仍会坚持FDD LTE的各项准备和实验工作,中国联通在4G时代的终端和网络上仍可能占优势。
因此未来1-3年LTE将会进入全面覆盖的时候,基站网络一旦形成,需要大量的直放站进行补充和支撑,以形成完整的覆盖网络,而且LTE通信的智能面很高,终端一般在室内,因此,各类数字化?多模化?集成化?智能化的直放站及其室内数字分布系统需求仍有较大的市场。

整体架构
在移动通信领域,直放站是基站网络形成以后,进行盲区的覆盖补充和完善,新型数字光纤直放站是目前直放站中应用最广泛的。以典型的2*2MIMO的新型数字光纤直放站原理框图如图1所示:

远端机主要分为4个大模块:数字处理模块?RFIC收发模块?功放和双工器滤波模块。数字处理模块用于光传输的调制解调?数字上下变频?A/D转换等;收发模块完成中频信号到射频信号的变换;再经过功放和滤波模块,将射频信号通过天线口发射出去。近端机更简单,主要比远端机少了低噪放和功放,其他原理和远端机类似。
新型LTE数字直放站的主要技术
不用于传统的2G?3G数字光纤站,新型的基于MIMO技术的LTE数字直放站是将多路的射频信号数字化,采用RFIC射频集成技术?多路DPD线性处理技术?高效率功放技术?数字变频技术?多路基带信号处理技术?数字光端机?嵌入式软件辅助系统来完成。其主要特点是可提高直放站灵活性?抗外界干扰的能力?提高功放效率,满足节约型社会需要。同时在软件系统的帮助下,轻松实现升级扩容,组网方式灵活多变。其主要创新的技术包括以下几方面:
(1)射频小信号?数字硬件一体化技术及实现方案
由于要求直放站设备体积尽量小,整机系统子模块可以考虑高度集成?一体化设计,并作好结构的散热分析设计。为了低成本和小体积的设计考虑,采用一体化集成RFIC芯片设计,如ADI的AD9362,Maxim的MAX2580等一体化集成芯片可以满足设计指标要求。其一体化集成芯片设计主要包括锁相环,模拟宽带上下变频,ADC?DAC数据转换