飛蜂窩基站實(shí)現(xiàn)了家庭無線互連

可以想象有一種設(shè)備，它能夠在家庭范圍內(nèi)提供高質(zhì)量的電話服務(wù)，允許家庭成員之間不受限制地進(jìn)行語音和數(shù)據(jù)交流，而每月只需要很低的費(fèi)用。Femto基站通常是指飛蜂窩（Femtocell，也稱為毫微微小區(qū)），它具有很多功能。這種小型無線設(shè)備放置在家庭或辦公室內(nèi)，可以提高本地?zé)o線覆蓋。

什么是飛蜂窩

如圖1所示，傳統(tǒng)基站可以提供大范圍的覆蓋，而飛蜂窩則提供了諸如居住場所等的小型區(qū)域無線覆蓋。飛蜂窩路由器與用戶的寬帶互聯(lián)網(wǎng)接口相連接，這可以降低無線網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。它還可以改善網(wǎng)絡(luò)容量、降低功耗、減小信號(hào)回程成本和維護(hù)成本等。

圖1 飛蜂窩基站和宏蜂窩（Macrocell）基站的比較

飛蜂窩也允許用戶在家庭信號(hào)覆蓋有限的情況下選擇服務(wù)方式，用戶只需在每月手機(jī)費(fèi)賬單中增加一點(diǎn)額外的費(fèi)用就可以了。

當(dāng)在飛蜂窩覆蓋區(qū)域內(nèi)，所有的移動(dòng)應(yīng)用都處于家庭付費(fèi)的范圍之內(nèi)，允許家庭中不受限制的語音和數(shù)據(jù)通信而不會(huì)增加每月太多的費(fèi)用。距離飛蜂窩越近，鏈路的通信質(zhì)量越高，而又能夠同時(shí)降低手持設(shè)備的電池消耗。飛蜂窩克服了3G信號(hào)從基站穿越建筑物墻壁的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)的高速訪問，如瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、下載音樂和視頻內(nèi)容到手持設(shè)備上等。

飛蜂窩與Wi-Fi路由器類似，同樣基于成熟的無線通信標(biāo)準(zhǔn)（UMTS和CDMA等）。與已有標(biāo)準(zhǔn)兼容的同時(shí)，它還使用操作者私有的頻譜來提供高效、穩(wěn)定的無線連接。

飛蜂窩基站還與已有的手持設(shè)備兼容，而且連接對(duì)用戶是透明的。不像宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)那樣匯聚數(shù)十、乃至上百個(gè)基站到核心網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)飛蜂窩網(wǎng)關(guān)必須管理數(shù)千或甚至百萬的飛蜂窩節(jié)點(diǎn)。

飛蜂窩必須以與手持設(shè)備相當(dāng)?shù)某杀咎峁幕镜绞殖衷O(shè)備之間的QoS（服務(wù)質(zhì)量）控制，這為無線設(shè)計(jì)者提出了挑戰(zhàn)。飛蜂窩必須提供高質(zhì)量的語音服務(wù)和高速的移動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)（EVDO和HSPA），其成本還不能超過宏蜂窩節(jié)點(diǎn)的成本。

為了滿足這些挑戰(zhàn)，飛蜂窩的設(shè)計(jì)必須利用低成本的生產(chǎn)技術(shù)和高度集成的電路來減小校準(zhǔn)和測試時(shí)間。飛蜂窩主要安裝在家庭內(nèi)，因此，它們必須體積小巧、成本低且易于用戶自己安裝。

以低輻射功率（法規(guī)規(guī)定為100mW）發(fā)送數(shù)據(jù)的飛蜂窩也必須考慮無線環(huán)境來減輕干擾和滿足法規(guī)要求。3G飛蜂窩必須監(jiān)視UMTS信道和GSM信道來檢測鄰近的基站建立移動(dòng)連接，以便當(dāng)用戶離開飛蜂窩覆蓋區(qū)域時(shí)能夠正確切換。

飛蜂窩主要由兩個(gè)部分組成：模擬前端和基帶處理器。模擬前端在發(fā)送電路中將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)，在接收電路中執(zhí)行相反的操作。

模擬前端設(shè)計(jì)需要在集成度和性能之間進(jìn)行折中選擇。雖然有許多分立解決方案可以通過剪裁達(dá)到最好的性能，但成本可能使它不適合在飛蜂窩設(shè)計(jì)中采用。相反，一個(gè)全集成的方案可能提供最低的成本，但性能可能不是最好的。

飛蜂窩的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2表示了一個(gè)用于本地基站的飛蜂窩設(shè)計(jì)框圖，它工作在UMTS頻段1，同時(shí)也監(jiān)視850MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz和2100MHz頻段的信號(hào)。

圖2 基于集成解決方案的飛蜂窩模擬前端示意圖

在發(fā)送側(cè)，數(shù)字基帶信號(hào)以12位的并行數(shù)據(jù)流傳輸給混合信號(hào)前端，并將其轉(zhuǎn)換送給模擬I/Q基帶進(jìn)行處理。基帶信號(hào)通過集成射頻收發(fā)器轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)，被射頻功率放大器進(jìn)行放大，再發(fā)送給雙工器，功率監(jiān)測器監(jiān)視射頻輸出。一個(gè)單刀6擲（SP6T）開關(guān)選擇哪一個(gè)發(fā)送或接收監(jiān)視鏈路被連接到設(shè)備的天線上。這個(gè)信號(hào)鏈路在射頻輸出連接器上提供了13dBm的輸出功率，滿足3GPP標(biāo)準(zhǔn)TS25.104所定義的發(fā)送ACLR指標(biāo)。接收鏈路包括聲表面（SAW）濾波器和SPDT開關(guān)來監(jiān)視主通路。匹配模塊為每個(gè)接收端口提供簡化的串行/分流電感。

集成射頻收發(fā)器有三個(gè)接收輸入引腳：頻段1一個(gè)，另兩個(gè)用于高頻段和低頻段信號(hào)監(jiān)視。頻段1接收功能可以在接收1960MHz上行鏈路信號(hào)和監(jiān)視2140MHz下行鏈路信號(hào)之間切換。

集成射頻收發(fā)器轉(zhuǎn)換并過濾選擇的射頻信號(hào)，再送給基帶I/Q進(jìn)行信號(hào)處理?；鶐盘?hào)被混合信號(hào)前端采樣，并轉(zhuǎn)換為兩個(gè)12位并行位流，送給數(shù)字基帶處理。

按功能劃分可以給設(shè)計(jì)者帶來很大的設(shè)計(jì)靈活性，保證信號(hào)在鏈路中的高性能，并允許選擇合適轉(zhuǎn)換速率和分辨率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器來滿足應(yīng)用需求。這樣的方案能夠使設(shè)計(jì)者可以將已有的商業(yè)基帶器件加到模擬前端中，以加速飛蜂窩產(chǎn)品的面市時(shí)間，將來飛蜂窩市場成熟時(shí)也還能再增加新的功能。