3G蜂窩Femto基站的開發(fā)和部署

　　摘要：本文討論3G蜂窩Femto基站的開發(fā)和部署，特別是在密集市區(qū)連接住宅的最后一公里部署、系統(tǒng)擴(kuò)容中所面臨的技術(shù)難題。文章介紹了Maxim的3GPP TS25.104兼容收發(fā)器方案和完備的射頻參考設(shè)計(jì)。

　　為什么使用Femto基站?

　　基于3GPP的第三代蜂窩系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于支持全移動(dòng)多媒體體驗(yàn)，很多情況下，該系統(tǒng)的普及受限于其接收效果，尤其是住宅和偏遠(yuǎn)地區(qū)。在住宅密集的市區(qū)，尤其是高層建筑物中，急待解決系統(tǒng)擴(kuò)容、改善服務(wù)質(zhì)量(QoS)等問題。

　　面對(duì)這樣的要求，“Femto”蜂窩基站應(yīng)該是合乎邏輯的選擇，基站一般分為以下幾類：

　　+45dBm：宏蜂窩基站，覆蓋室外大約5km的區(qū)域

　　+30dBm：微蜂窩基站，覆蓋大約0.5km的區(qū)域

　　+15dBm：Femto基站，覆蓋大約50m的室內(nèi)住宅或建筑區(qū)域

　　對(duì)于住宅內(nèi)部署，F(xiàn)emto基站可通過公共交換電話網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)，通?？梢圆捎米≌腄SL線路。手機(jī)僅與家里的Femto基站通信，從而使用戶擺脫對(duì)宏蜂窩基站的依賴。在高層建筑中，F(xiàn)emto基站可連接到大廈的有線以太網(wǎng)系統(tǒng)，這也減輕了宏蜂窩基站的負(fù)荷。下面，我們簡(jiǎn)單介紹Femto基站部署的基礎(chǔ)，了解Maxim射頻方案如何為這一技術(shù)提供關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。

　　提高蜂窩覆蓋

　　蜂窩系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要在手機(jī)電池壽命、手機(jī)計(jì)算功耗、基站用戶負(fù)荷之間達(dá)到最佳平衡。此外，隨著蜂窩標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，可以充分發(fā)揮先進(jìn)的移動(dòng)DSP的性能優(yōu)勢(shì)。蜂窩系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商緊跟這一趨勢(shì)，努力提供更多、更好的多媒體內(nèi)容，從而提高收入并吸引更多的新用戶。用戶則享受到了“無處不在”的移動(dòng)互聯(lián)。由于蜂窩手機(jī)用戶以每年1億的速率增長(zhǎng)，在這一利益的驅(qū)使下，形成了一個(gè)高效、極具競(jìng)爭(zhēng)的供應(yīng)鏈，以保證低價(jià)格、高性能。

　　寬帶無線通信與蜂窩RF業(yè)務(wù)的比較

　　寬帶無線系統(tǒng)的開發(fā)和部署與蜂窩系統(tǒng)的開發(fā)計(jì)劃如影隨形，以滿足市場(chǎng)/用戶的發(fā)展需求。最初，所謂的“咖啡廳”Wi-Fi?為用戶提供802.11互聯(lián)網(wǎng)接入，當(dāng)用戶在附近停留或在飯店用餐時(shí)可以使用網(wǎng)絡(luò)。隨后，有些城市開始著手建設(shè)Metro-Wi-Fi接入點(diǎn)，為商業(yè)區(qū)提供服務(wù)。這種模式非常成功，2004年發(fā)布了更好的無線接入系統(tǒng)，即802.16 WiMAX? (以及韓國(guó)的WiBro?)，目的是提供“城域?qū)拵o線接入”服務(wù)。

　　采用正交頻分復(fù)用(OFDM)代替單載波調(diào)制，能夠允許這些寬帶無線系統(tǒng)克服城市的多徑效應(yīng)，但發(fā)射功率需要提高4倍。這是因?yàn)镺FDM 802.16d的峰均比(pk-avg)接近11dB，而WCDMA 3GPP pk-avg為5dB。Intel?已經(jīng)率先將WiMAX作為超級(jí)移動(dòng)PC (UMPC)的RF連接標(biāo)準(zhǔn)，超級(jí)移動(dòng)PC的大小定義為普通蜂窩電話的大約6倍。因此，UMPC促進(jìn)了WiMAX服務(wù)，但由于WiMAX需要更大容量的電池，所以很難將其集成到超薄/翻蓋手機(jī)中。

　　發(fā)射塔建設(shè)

　　蜂窩和WiMAX部署的一個(gè)共同障礙是發(fā)射塔建設(shè)和道路占用問題。道路占用權(quán)的租賃費(fèi)用以及市政部門對(duì)城市規(guī)劃的條例，都會(huì)大大制約這兩套系統(tǒng)的建設(shè)空間和區(qū)域。蜂窩運(yùn)營(yíng)商早在WiMAX之前大約20年就開始系統(tǒng)的部署與建設(shè)，在基站覆蓋和新建系統(tǒng)上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

　　有線固定住宅業(yè)務(wù)

　　有線住宅接入系統(tǒng)是對(duì)住宅WiMAX的有力補(bǔ)充。住宅業(yè)務(wù)一般包括光纖到戶(PON)、電話線DSL和有線電視互聯(lián)接入。在發(fā)達(dá)國(guó)家，這些業(yè)務(wù)得益于網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的長(zhǎng)期發(fā)展。PON是比較新的接入方案，但網(wǎng)絡(luò)的本地交換運(yùn)營(yíng)商(LEC)已經(jīng)擁有道路使用權(quán)，只需要用新光纖替換老舊的銅纜即可。

　　這些業(yè)務(wù)為Femto基站部署提供了現(xiàn)成的設(shè)計(jì)平臺(tái)，我們將在下文詳細(xì)討論。

　　基本的Femto基站部署

　　圖1所示對(duì)傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)B宏峰窩基站連接與Femto基站連接進(jìn)行了比較。

　　圖1. 傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)B宏蜂窩基站連接與Femto基站連接比較

　　圖1中，左側(cè)部分為蜂窩手機(jī)與蜂窩發(fā)射塔的直接連接方式，圖中房屋為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，穿過墻壁的損耗相對(duì)較低，在一定程度上等效于靠近宏蜂窩基站。

　　右側(cè)部分則為混凝土高層建筑，室內(nèi)或公共辦公樓安裝了Femto基站。通過住宅DSL線路或商用有線以太網(wǎng)連接Femto基站。這種情況下，大廈內(nèi)的信號(hào)可以很微弱，F(xiàn)emto基站扮演了一個(gè)“個(gè)人、專用基站”的角色，不與宏蜂窩基站通信。

　　需要指出的一點(diǎn)是現(xiàn)在許多基帶DSP供應(yīng)商都可提供成熟方案，使Femto基站能夠克服宏基站和其它Femto基站信號(hào)的干擾，這一點(diǎn)對(duì)Femto基站來說很重要。