El empleo de un transceptor de un solo chip de Femtocell Station Base-Aplicaciones

Resumen: Esta nota de aplicación discute el desarrollo y el despliegue de estaciones base celulares 3G femtocell.Los desafíos técnicos para la conectividad de última milla residencial y la capacidad de la adición de sistema en entornos urbanos densamente poblados se discuten, con las estaciones base 3G femtocell como una solución costo-efectiva. 3GPP Maxim TS25.104 compatible con la solución de transceptor se presenta junto con diseños completos de radio de referencia tales como RD2550. Para obtener más información sobre el RD2550, véase la referencia de diseño de 5364, " Femtocell Diseños de Referencia de radio que utilizan los transmisores-receptores MAX2550 MAX2553- . "

¿Por qué las estaciones de Femtocell Base?

El sistema de tercera generación en telefonía celular 3GPP fue diseñado para ofrecer una experiencia multimedia totalmente móvil. En muchos casos, la adopción generalizada se ha visto limitado por la recepción disponibles, especialmente en las residencias y áreas remotas. En áreas urbanas densas, y especialmente en edificios de gran altura, el desafío es aumentar la capacidad del sistema y superar la mala calidad de servicio (QoS) que puede resultar en estos ambientes.

En estos dos escenarios de implementación, el "femtocell" de la estación base celular es la respuesta lógica. Las clasificaciones generales de las estaciones de base son los siguientes:

• 45 dBm: estación de macro base cubre un sitio de la celda al aire libre de 5 km ~
• +30 DBm: pico de la estación base cubre un campus de ~ 0,5 kilometros
• +15 DBm: estación de femtocell base cubre una residencia o edificio cubierta de 50m de

Para el despliegue residencial, femtoceldas acceder a la red a través de la red telefónica pública conmutada, que normalmente está disponible a través de un residencial de ADSL de línea. El teléfono sólo se comunica a la femtocell en el hogar, y esto por completo que el usuario descarga a partir de la macrocélula. En los edificios de gran altura, el femtocell puede ser conectado con el edificio está cableado Ethernet del sistema, que a su vez reduce la carga en las estaciones de base macro celulares. En los siguientes párrafos, se revisan las bases para el despliegue femtocell y demostrar cómo la solución de Maxim radio ofrece ventajas clave para esta tecnología.

Mejorar la cobertura de telefonía móvil

Los sistemas celulares están deliberadamente diseñados para operar fuera de la vida de la batería del auricular, potencia de computación portátil, y la carga de sitio celular del usuario. Además, las normas de celulares están en constante evolución para tomar ventaja de la cada vez mayor de móvil DSP rendimiento. Las compañías celulares aprovechar esta tendencia para ofrecer contenidos más mejor y multimedia para que puedan aumentar los ingresos y atraer a nuevos clientes. El usuario final se beneficia de "cualquier lugar" la movilidad. Por ejemplo, debido a que las tasas de adopción de celulares se encuentran en los 100 millones por año, una cadena de suministro competitiva muy estilizado y bien entendido que existe para mantener precios bajos y de alto rendimiento.

Banda Ancha Inalámbrica En comparación con el servicio celular de RF

En paralelo con este esfuerzo de desarrollo celular, de área amplia de banda ancha de los sistemas inalámbricos se han desarrollado y desplegado, a raíz de un mercado / el uso del modelo. Inicialmente, el llamado "café de la casa", Wi-Fi ® dio a los usuarios 802,11 acceso a Internet cuando se estacionó cerca o sentado en ciertos restaurantes habilitados. Más tarde, algunas ciudades construyeron experimentales metropolitana Wi-Fi puntos de acceso al servicio de los núcleos del centro. Los modelos tuvieron tanto éxito que, en 2004, un mejor sistema inalámbrico,802.16 WiMAX ® (y coreano WiBro ®) se puso en marcha, con el fin de proporcionar "área metropolitana de banda ancha inalámbrica de acceso" de servicios.

Uso de multiplexación por división ortogonal de frecuencia (OFDM) en lugar de una sola portadora de modulación de los permisos, estos sistemas inalámbricos de banda ancha para superar urbanas múltiple efecto, pero requieren cuatro veces la potencia de transmisión. Esto es porque OFDM 802.16d pico a media relación (PK-media) es de aproximadamente 11dB, en comparación con WCDMA 3GPP PK-media de 5 dB. Intel ® WiMAX ha defendido como el estándar de RF-conectividad para PCs ultra móviles (UMPC), cuyo factor de forma se define como aproximadamente seis veces el tamaño de un teléfono celular típico. Por lo tanto, el caso UMPC tiene sentido para el servicio de WiMAX, pero no es tan fácil de implementar en un teléfono delgado / plegado con una batería pequeña, como WiMAX requiere una batería más grande.

Torre Construya-Out

Un obstáculo común para las implementaciones tanto celulares como WiMAX es construir la torre de salida y acceso de derecho de vía. Los costos del arrendamiento de las regulaciones de derecho de vías y municipales que limitan "feas" torres significa que ambos sistemas pueden construir aproximadamente al mismo ritmo en cualquier lugar. Sin embargo, los portadores celulares comenzó acumulación cabo de unos 20 años antes de WiMAX y, por tanto, tienen la mano clara superior para la cobertura de la estación base y la torre de nueva construcción fuera.

Cuando con conexión de cable fijo Servicios Residenciales Monte

Cable residencial de acceso sistemas de competir directamente con fija residencial WiMAX. Servicios residenciales suelen incluir fibra hasta el hogar (PON), DSL de línea telefónica y de televisión por cable sistemas de acceso a Internet. En los países desarrollados, estos servicios se benefician de las instalaciones establecidas desde hace tiempo con los equipos de red sofisticada de terminación. PON es una entrada más reciente, sin embargo, los portadores de la red local de intercambio (LEC) ya tiene el derecho de paso y se limita a programar la planta de fibra de nueva construcción-con las de edad avanzada las líneas de cobre deba sustituirlo.

Para la implementación de la estación base de femtocell, estos servicios son gratuitos y se revisará en la próxima sección.

Base básica Femtocell estación de Aplicación

Figura 1 compara conexión celular tradicional a través de una estación de nodo-B macrocélula base, en comparación con la instalación femtocell estación base.

Figura 1. Tradicional nodo-B macrocélula celular de conexión frente a la conexión de la estación base femtocell.

El escenario de la izquierda en la figura 1 es una conexión directa tradicional de un teléfono celular a la torre celular.A continuación, mostramos una casa con estructura de madera, que tiene una pérdida relativamente baja a través de las paredes y es algo cerca de la estación base celular macro.

El escenario de la derecha muestra un concreto edificio de gran altura con una estación base femtocell instalado en el apartamento o área común de oficina. La alimentación de la red a la estación base femtocell es a través de un residencial de línea DSL o por cable Ethernet comerciales. En este escenario, se muestra que la señal para el edificio de apartamentos es débil. La estación de femtocell actúa como una "estación de personal, la base específica" y no hablar con el macrocélula (s).

Debe añadirse que la capacidad de la estación de femtocell para ignorar macrocélula y otras transmisiones de células femtocell es un problema de diseño clave que ha sido superado por varios de banda base DSP proveedores.

Problemas de sistema celular que las Estaciones Base Superar Femtocell

Limitadores clave de la capacidad

Tradicionales de las estaciones base macroceldas suelen ser autor de la llamada limitada por la capacidad de carga en las horas pico. El sistema está diseñado estadísticamente, empleando la teoría de tráfico colas, para manejar una determinada cantidad de llamadas que va a durar una media de duración. Por lo tanto, largas llamadas telefónicas durante las horas límite de la capacidad de carga máxima.

Además, cuando el sitio de la célula necesita terminales de servicio que están operando en el límite, que obliga al transmisor macrocélula para aumentar la potencia, y por lo tanto ocupa una mayor parte de la disposición de rango dinámico para todas las llamadas. Como resultado, al borde de llamadas de teléfono celular, ya que la capacidad límite "hog" rango dinámico (ver Figura 2 ).

Figura 2. Persona que llama el poder conceptual de ocupación para un transmisor de macroceldas.

Estos dos factores limitan la capacidad de macrocélula sitio y, por lo tanto, limitan los ingresos de las compañías celulares y en última instancia reducir la velocidad de nueva adopción del usuario.

Maxim Femtocell de la estación base de RF de un solo chip transceptor

Maxim RD2550 base de femtocell estación de diseño de referencia fue diseñado para cumplir con los requisitos para TS25.104 WCDMA banda 1. WCDMA banda 2, 4, 5 y diseños de referencia están también disponibles. En el corazón de este diseño de referencia es un transceptor de un solo chip con una delta-sigma de flujo de bits de interfaz digital para la banda base DSP / módem. El transceptor utiliza un reducido nivel LVDS interfaz y el filtrado canal se realiza en la banda base DSP / módem, que permite software radio-reconfigurable.

Un diseño de referencia completo para la sección de transceptor de RF ha sido diseñado. Es compatible con el monitor en modo macrocélula utilizando un sistema integrado de LNA en el transceptor. Una fotografía de la placa de referencia se muestra en la Figura 3. Para obtener más información, consulte la referencia de diseño de 5364, "Femtocell Diseños de Referencia de radio que utilizan los transmisores-receptores MAX2550 MAX2553- . "

 

Reunión de la UTRA Banda 1 Femtocell estación base estándar 3GPP (TS25.104)

Los principales requisitos de la femtocell estación base estándar se muestran en la Tabla 1 . Para una estación base de WCDMA femtocell, reunidos tanto en el receptor y el transmisor TS25.104 requisitos rango dinámico es más estricto que el cumplimiento de los requisitos para un teléfono compatible con TS25.101, por lo menos 10 dB. Sin embargo, los volúmenes de producción previstos requieren los terminales de mano como la integración de circuitos y el coste de lista de materiales. Por lo tanto, el sistema debería diseñarse en torno a un conjunto de chips teléfono con bajo costo y alta integración, sino también ser capaz de un rendimiento excepcional con los invertidos TX-RX bandas (como se requiere para una estación base).

Tabla 1. TS25.104 Principales Requisitos
Requisitos de enlace ascendente
Descripción	Especificación	Condición
Banda de frecuencia	1920MHz a 1980MHz	Banda 1
Sensibilidad de recepción	-107dBm	12.2kbps velocidad de datos, REC no excederá de 0,1%
Selectividad de canal adyacente (AEC)	-101dBm	-38dBm, 5 MHz WCDMA desplazamiento modulada señal interferente
El bloqueo (1900MHz a 2000MHz)	-101dBm	-30dBm (min), 10 MHz WCDMA desplazamiento modulada señal interferente
El bloqueo (de 1 MHz a 12,750 MHz, con excepción de 1900MHz a 2000MHz)	-101dBm	-15dBm CW compañía
Intermodulación	-101dBm	-38dBm, 10 MHz CW desplazamiento de la señal y 38dBm, 20 MHz WCDMA desplazamiento de la señal
Requisitos de enlace descendente
Descripción	Especificación	Condición
Banda de frecuencia	2110MHz a 2170MHz	Banda 1
Potencia máxima de salida	Menos de 24 dBm	-
Canal adyacente relación de las fugas (ACLR)	-45dB/-50dB	Frecuencia de desplazamiento 5MHz/10MHz
Error magnitud del vector	17,5% / 12,5%	QPSK/16QAM, RMS

En el receptor, por ejemplo, los 5MHz compensado en banda bloqueadores para medir SCA se especifican a estar en-38dBm, que es mucho más duro que-52dBm bloqueadores necesarios para auricular. Del mismo modo, el desplazamiento 10MHz en banda bloqueadores para medir la selectividad de canal se especifican a ser-30dBm, en comparación con los 56dBm para auricular. Por lo tanto, el receptor debe ser capaz de IIP2 mucho mayor y IIP3rendimiento.

La linealidad del transmisor es igualmente mucho más difícil para una estación base femtocell para cumplir con lo que es para un teléfono. Para un teléfono WCDMA, ACPR se especifica en-33dBm, mientras que para TS25.104 estación base femtocell se trata de-45dBm.

Desempeño del Sistema de Medición y Análisis de Condición

La sensibilidad del receptor es una especificación del sistema que está muy influenciada por la calidad de la señal en el canal de RF y banda base de procesamiento en la sección de módem de DSP. Bajo las condiciones mínimas de entrada de nivel de señal, la calidad del canal de RF es puramente limitada por la contribución de ruido del receptor, el cual está determinado por su NF.

La sensibilidad del receptor medido se calcula a partir de la medida NF sistema. Para el cálculo de sensibilidad, 7.5dB se requiere para E _b / N _o para satisfacer 0,1% BER para una QPSK señal (procesado en el demodulador de banda base). La sensibilidad se puede calcular como sigue:

Referencia sensibilidad = KTB + NF + (E _b / N _o ) - PG

Donde:
PC = tasa de chip de 3.84MHz
KTB -174dBm/Hz = + 10 log (3.84MHz) =-108.13dBm
PG = velocidad de bits de 12.2kbps relativos a la difusión de BW = 10log (3.84MHz/12.2kbps) = 25 dB

Si NF es 10.5dB, la sensibilidad se calcula como:

-108.13dBm + 10.5dB + 7.5dB - 25 dB =-115.13dBm

ACS y el rendimiento de bloqueo también se calculan misma manera. El NF sistema se mide con las condiciones de interferencia especificados. En este caso, el NF es peor que la medición de la sensibilidad debido al ruido adicional generado por el efecto de interferencia.

El rendimiento se mide con Tx de la señal de prueba del modelo 1 (TM1) se especifica en TS25.141. La señal de TM1 simula un escenario realista de que el tráfico puede tener un gran pico a media.

El nivel máximo de potencia se mide en la 3.84MHz WCDMA ancho de banda . El ACLR se mide en la posición de 5MHz offset. El rendimiento de transmisión ACLR está dominado principalmente por el rendimiento de PA externa, en este caso.

 

Conclusión

Femtocell estaciones base proporcionarán a los clientes residenciales de telefonía celular con una experiencia de red muy mejorada de datos. El diseño de una base de femtocell circuito de la estación es difícil porque debe cumplir con las estrictas especificaciones de rendimiento de base de la estación, sin embargo, ser de bajo costo, como un teléfono celular. Femtocell Maxim transceptor de estación base cumple con éxito los requisitos de la especificación 3GPP TS25.104 clave, y ofrece el menor número de componentes de lista de materiales. RD2550 Maxim banda UMTS un radio de diseño de referencia basado en el MAX2550 femtocell transceptor de RF alcanza el nivel óptimo de rendimiento y costo de este mercado.

Intel es una marca registrada y marca de servicio registrada de Intel Corporation. Wi-Fi es una marca de certificación registrada de Wi-Fi Alliance Corporation. WiBro es una marca registrada de la Asociación de las Telecomunicaciones. WiMAX es una marca de certificación registrada y marca de servicio registrada de el WiMAX Forum.

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Por:
Jerry Wei

11 de abril 2012