直放站原理讲解

三、功率放大器
功率放大器主要功能和指标要求： 作为移动通信系统的功率放大器，除了要求输出指定功率之外，线性指标的要求也非常严 格，由于交调失真影响产生的频谱再生效应，影响邻信道的工作。因此设计之初就必须考 虑如何尽可能抑制互调产物。 另外，功率放大器是高功耗的部件，长期的高温、大负荷工作环境使功放成为最易损坏的 部件。因此功率放大器对可靠性的要求也显得非常突出。 功率放大器线性化的主要手段： 线性化技术有多种，包括功率回退、负反馈、前馈和预失真技术等，这里我们只简单讲述 常用的功率回退技术。 功率回退是最简单易行的线性化手段，应用也非常普遍。其原理很简单，即选用大功率器 件降额使用，使功率管工作在线性度最好的状态。这时候的输出功率都会远低于功放管的 1dB压缩点，功放的效率很低。
低噪声放大器主要指标要求
1. 噪声系数： 噪声系数概念：一个二端口网络的噪声系数定义为输入信噪比与输出信 噪比之比。 F=（Si/Ni）/（So/No） 噪声系数大小反映系统信噪比恶化程度，噪声系数越大表明我们的直放 站这个有噪系统对网络性能的恶化越大，造成系统的灵敏度大大降低。 目前我们公司研制的直放站，要求低噪声放大器的噪声系数小于等于1 dB。
功率放大器的原理框图
RFin
微带线或 模拟衰减
隔离器 RFout
数控 衰减
驱动放大 功率正交平衡放大
功率检 测及驻 波检测
ALC控制
ALC控制（自动电平控制）：要做到在输出信号到达设定值时，增加输 入信号电平，而输出信号电平基本保持不变，也就是使放大电路的增益 自动地随信号强度而调整,使系统的输出电平保持在一定范围内,因此称为 自动电平控制。
NIM为噪声注入裕量：NIM＝Pbts－Prep 所以基站热噪声电平的抬高即为ROT。这是单台直放站的情况，若是考虑多台设 备，我们分并联和串联两种情况计算。 1、并联 首先考虑直放站增益与链损相等，直放站上行噪声系数和基站噪声系数相等，则 系统增益G＝0，且Pbts=Prep; 则 NIM=0,ROT=10lg【1＋10－NIM/10】＝3db，一台 ROT＝ 10lg【1＋2×10－NIM/10】＝4.7db 两台 ROT＝ 10lg【1＋3×10－NIM/10】＝6db 三台 ROT＝ 10lg【1＋4×10－NIM/10】＝7db 四台 ROT＝ 10lg【1＋5×10－NIM/10】＝7.8db 五台 ROT＝ 10lg【1＋6×10－NIM/10】＝8.5db 六台 （NIM=0） 若系统增益不为0，直放站噪声系数与基站噪声系数不相等，则根据公式计算。 ROT= 10lg【10p1rep/10+10p2rep/10+10p3rep/10+……+10pbts/10】－Pbts
四 、并联及串连直放站噪声计算方法
直放站的噪声经过放大（直放站的上行放大器的增益）和有效路径损耗后进入基站，和
基站接收机的噪声叠加就会提高接收机噪声电平，从而降低施主基站接收机的接收灵敏度， 减小了施主基站的覆盖范围。工程应用中，我们一般通过并联及串联方式将多台直放站安 装到通信系统中。因此我们分别分析两种级联方式下的噪声叠加情况。 直放站引入的噪声计算的方法和过程如下： 系统增益的概念 如下图，引入直放站后直放站系统增益是指基站BTS到直放站的输出端，包含基站到直放 站间的等效路径损耗，直放站及天线的增益，基站天线，馈缆等在内的损耗和增益。系统 增益G=PR （直放站功率）- PBTS （基站功率）
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原理框图
71M（窄带200K或宽 带6M/19M/24M/） 900M 射频 输入
放大
中频声表滤波器
放大
31dB衰减
低通滤波
71M
低通滤波 71M
放大 放大
带通滤波 900M
混频 功分器
971M或829M
混频
带通滤波 900M
放大
带通滤波 射频 输出
971MBaidu Nhomakorabea829M
本振
放大
放大
900M
本振信号的产生 本振是通过锁相环频率合成器
LO
÷R
晶振
÷N
鉴相器
LPF
VCO
图中晶振作为参考振荡器提供给锁相环精确的参考信号，N,R为分频器，它们 的作用是通过分频得到一组参考输出和一组VCO分频输出分别进入鉴相 器进行相位和频率的比较，得到的相位偏差值转换为直流稳态电压， LPF为低通滤波器，它的响应时间决定了PLL的锁定速度和稳定性。 VCO为压控振荡器，作用是通过鉴相器提供的电压谐振出一定的频率即 为我们所需的本振信号频率。
2、串联 当直放站串联使用的时候，我们需考虑的是级联系统的增益和近端直放站底噪对基站的影 响，但此时出现的问题是级联后的系统噪声系数并不是近端直放站的噪声系数值，根据噪 声计算公式我们来推导级联直放站的噪声系数计算 级联系统如图 ：
串联系统噪声系数: NF=NF1+(NF2-1)/(G1-PL1)+(NF3-1)/(G1-PL1)(G2-PL2) 串联系统的基站输入热噪声电平： Prep=KTB+NF+(G1-PL1)+(G2-PL2) 将 NF代入上式就有： Prep=KTB+NF1 +(NF2-1)/(G1-PL1)+(NF3-1)/(G1-PL1)(G2-PL2) +(G1-PL1)+(G2-PL2) 基站热噪声电平的抬高根据公式ROT=10lg【10prep/10+10pbts/10】－Pbts可以求出。 直放站的串联在工程应用中不多，因为第二级的距离设计的不合理很容易造成系统的不稳 定，并对基站造成干扰。
直放站有源模块原理讲解
深圳国人通信有限公司
目的
通过对直放站部分功能模块的原理讲解，使从事直放站 工程设计及维护人员加深对直放站系统原理的理解，以便能 更快、更准确的分析和解决工程上遇到的疑难问题，同时提 高工程设计水平。
一、低噪声放大器
低噪声放大器的作用就是在不增加噪声的情况下，最大限度的放大有用信 号。输入信号非常小时，能够保持很高的信噪比；当输入信号很大时， 输出信号的失真又最小。低噪声放大器的性能直接影响直放站的接收灵 敏度和接收动态范围，是直放站系统中重要的一环。
ANT
直放站上行发射功率经过放大和传输路径损耗后，到达基站接收机输入端的热噪 声电平为： Prep＝KTB＋Nr＋G K——玻耳兹曼常数，1.38E-23J/K; T ——环境温度，取290K（零上17摄氏度）； B ——带宽，取200KHz； Nr ——直放站上行噪声系数； 而此时基站接受机输入端等效热噪声电平为： Pbts=KTB +Nbts Nbts ——基站噪声系数 这样基站噪声电平抬高为： ROT=10lg【10prep/10+10pbts/10】－Pbts=10lg【10prep/10+10pbts/10】－10lg【10pbts/10】 =10lg【(10prep/10+10pbts/10)/10pbts/10】=10lg【1＋10（prep－pbts）/10】 ＝10lg【1＋10－NIM/10】
增益：
较大的增益有利于减少后级电路噪声的影响，但是，会引起线性度的恶化，即 带来非线性失真，较小的增益又会导致系统无法达到指定的噪声系数。目前， 我们的低噪声放大器增益指标定在45 dB左右。
输入输出端口驻波：
这一指标决定直放站的频率响应特性，现有的指标要求是小于等于1.4。
直放站低噪声放大器原理框图
设计思路分析
由于45 dB的增益指标要求，使得低噪声放大器必定是一种多级放大器，在实 际设计中我们选用了三级放大方案。 作为一种多级放大的低噪声放大器，其噪声系数可用以下公式估算。 NFs=NF1+(NF2-1)/G1+(NF3-1)/(G1G2)+……(NFn-1)/(G1G2…Gn-1) NFn为第n级器件的噪声系数 Gn-1为第n-1级器件的增益 由此公式可知，放大器的噪声系数主要取决于第一级和第二级放大器的性能，前 两级噪声系数越低，增益越高，则整机（低噪放模块）的噪声系数越低。所以前 两级设计中（特别是第一级）必须选择低噪声高增益的场效应管。 第三级放大管的噪声系数对整机指标影响较小，由于前两级增益较高，输入第三 级的信号较强，因此必须考虑线性度问题，选用线性较好，OIP3指标较高的放大 管作为第三级。(OIP3:OIP3是输出3阶截获点，是衡量功放的线性度的指标，两个参 数之间的差就是功放的增益，参数数值越高，线性度越好。）
二、选频模块
1、选频模块功能简介 选频模块是选频直放站里的关键部件，其作用在于从工作频段内众多的信号中选出 所需的工作带宽或者所需的一到两个载频，提供给后级的功率放大器。 2、选频模块关键指标 频率选择性是选频模块最重要的指标，它体现了对有用信号的选择能力和对无用信 号的抑制能力，它的优劣主要取决于内部所使用的中频声表面滤波器。噪声和线性 也是必须要考虑的。由于选频内部使用了混频电路，那么如何抑制本振泄漏以及混 频时的交调产物也很重要。另外，带内波动也影响着整机性能，它体现在整机增益 在运营商频段内不同频点的差异性。同时对选频移频模块来说，锁相环器件的稳定 性直接影响到通话误码率进而影响通话质量。