Femtocell和Picocell中接收器動態(tài)范圍和AGC權衡之研究

這些較小的基站，有時被稱為Microcell或Picocell，屬于運營商安裝設備。Femtocell和Picocell的尺寸非常適合于WLAN接入點(20cm×15cm×5cm=1500cm3)，故很容易安裝在建筑物的墻上、燈桿頂端或隧道中。它們的功率預算有限(常常通過以太網(wǎng)供電)，而且必須具有出色的性能，以增強用戶體驗，同時最大限度地降低資本支出要求。

除了部署宏單元、Microcell和Picocell之外，一些運營商還投資消費者購買及安裝的Femtocell，以求擴大家庭或小型辦公室的覆蓋范圍。當WiMAX用戶進入家中時，消費終端首先與Femtocell連接，再通過現(xiàn)有DSL或有線調制解調器等回程鏈路聯(lián)網(wǎng)。Femtocell對用戶和運營商雙方都很有益。用戶可以獲得卓越的室內覆蓋范圍和最大數(shù)據(jù)率，運營商方面的優(yōu)勢是更大的網(wǎng)絡覆蓋范圍、更高的頻譜使用效率和更低的客戶流失率。

Femtocell基站作為一種消費產(chǎn)品，其市場規(guī)模預計將在2012年達到200萬部(數(shù)據(jù)來自ABI Research的“WiMAX市場分銷及預測”一文)。然而，要實現(xiàn)此目標，F(xiàn)emtocell必須價格合理。要達到這個價格目標，需要對相關標準和Femtocell部署的獨特使用環(huán)境有充分的認識。本文將介紹一些兼具成本和功率效率的技術，這些技術讓制造商能夠利用WiMAX收發(fā)器(比如ADI公司的AD935x)開發(fā)出高性能的Femtocell和Picocell。

在進行Femtocell動態(tài)范圍分析之初，首先列出WiMAX標準的主要性能要求，詳見表1。這些數(shù)據(jù)來自WiMAX論壇的Mobile RCT(無線電一致性測試)文檔。

下面是有關這些要求的一些注解：

噪聲系數(shù)(NF)和實現(xiàn)損耗之和為13 dB。一個僅能滿足最低要求的系統(tǒng)在市場上是不可能具有競爭力的。因此，假設NF為5.5dB(3.5dB RFIC NF + 2dB前端損耗)，實現(xiàn)損耗為1dB。(注：最大增益時NF為3.5 dB)。

雖然Femtocell的覆蓋范圍比較小，但極高的靈敏度對降低移動設備發(fā)射功率要求十分重要，而且還可以在減少網(wǎng)絡干擾的同時最大限度地延長移動設備的電池壽命。

對于一個10MHz的信道，如果采用上述假設，QPSK 靈敏度為-94.6dBm，16QAM靈敏度為-84.8dBm。除了具有極好的靈敏度之外，基站還必須能夠接收-45dBm信號。

最小移動設備的發(fā)射功率為-22dBm(23dBm最大功率減去45dB的功率控制范圍)。本例中的最小路徑損耗假定為23dB。由于Femto基站可以放在桌面上，故移動設備的天線有可能距離基站天線非常近。

動態(tài)范圍要求

接收器的動態(tài)范圍常常受到模數(shù)轉換器(ADC)的限制。在低端，系統(tǒng)噪聲系數(shù)(NF)+實現(xiàn)損耗應該小于6.5dB(比RCT要求高出6.5dB) 。如果允許ADC貢獻0.5dB給接收器的NF，則ADC噪聲必須比其它噪聲源小10dB左右。

圖：3.5MHz 信號帶寬下的ADC動態(tài)范圍要求

在3.5-MHz帶寬下，5.5dB NF的輸入級噪聲功率大約為-103.1dBm，因此，涉及天線的ADC噪聲必須小于-113.1dBm。天線的最大信號功率為-45dBm，本例中的峰均比(PAR)為8dB，不過最高可達12dB。

3dB余裕的增益變化意味著ADC的天線信號功率滿額度必須為-34dBm。于是，如圖1所示，對于不采用任何AGC的3.5MHz帶寬模式，ADC的動態(tài)范圍必須在79.1dB左右(有效比特位 ENOB=12.8位)。在10MHz帶寬模式，噪聲可放寬4.5dB，但是需要增加采樣率，以保持所需ADC品質因數(shù)恒定。