??? 摘 要： 提出了一種具有自動電平控制" title="自動電平控制">自動電平控制（ALC）的WCDMA直放站" title="直放站">直放站上行鏈路" title="鏈路">鏈路系統，詳細地分析了系統的上下變頻和自動電平控制的原理，并進行了系統級仿真。此系統具有通帶內增益高、帶外衰減大和輸出功率穩定可調的優點。
??? 關鍵詞： WCDMA? 直放站? 上行鏈路? 自動電平控制
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??? 直放站技術隨著移動通信技術的發展而不斷發展，從最初的傳統意義上的單頻直放站[1]，發展到現今的室內、室外直放站[2]。隨著第三代移動通信技術逐漸進入實施階段，需要適用于WCDMA的直放站。
??? 根據GSM直放站原理[3]，提出了一種帶有自動電平控制(ALC)的WCDMA直放站上行鏈路系統。此直放站為選頻式，即將上行頻率變頻為中頻，進行選頻限帶處理后，再進行上變頻恢復為上行頻率；采用雙ALC分別控制輸入信號" title="輸入信號">輸入信號電平和輸出信號電平，與常規的ALC[4]相比，具有更好的控制能力；與ALC[5]相比，本系統用可變增益放大器取代可變衰減器，可得到更大的增益控制范圍。仿真得出此系統具有通帶內增益高、帶外衰減大和輸出功率穩定可調的優點，適用于WCDMA。
1 上行鏈路系統模型及理論
1.1 上行鏈路的系統模型
??? 直放站實際上是一種雙向信號放大器。所介紹的上行鏈路系統為濾波放大系統，其系統模型如圖1所示。
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??? 由直放站天線接收到的WCDMA上行信號進入上行鏈路系統，首先進入由可控增益放大器、放大電路、峰值檢波器和比較放大器組成的輸入信號互調電路，這個電路使輸入信號的電平穩定以保證系統工作在線性區；此信號再經過射頻濾波器和低噪聲放大器，進行接收頻帶選擇，濾除上行信號（1920～1980MHz）帶外的頻率；然后經過變頻系統，將上行頻率變頻為中頻，進行選頻限帶處理（中頻聲表濾波、中頻放大）后，再進行上變頻恢復為上行頻率；從射頻濾波器輸出端口耦合出信號，與峰值檢波器、比較放大器和變頻前的可控增益放大器組成ALC環路，進行輸出信號功率控制；最后射頻濾波放大，輸出所需的上行信號。
1.2 上下變頻分析
??? WCDMA上行頻段為1920M～1980MHz，屬于射頻范圍，要在眾多密集分布、間隔很近的相鄰信道中濾出特定的射頻信號需要Q值極高的濾波器。若將射頻信號的載波頻率降低，或者說進行下變頻，就可使用普通濾波器實現很好的濾波功能。
??? 圖2是直放站上行系統的變頻系統框圖，包括下變頻（射頻變為中頻）、三級中頻低噪聲放大、兩級中頻濾波和上變頻（中頻變為原射頻）。中頻濾波器選取中頻聲表濾波器，其具有體積小、相對帶寬較寬、選頻特性接近理想、線性相位、帶外抑制大和較好的溫度特性等，能有效地濾除帶外信號。
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??? WCDMA上行信號為QPSK（四相鍵控）調制，因此可假設圖2所示的變頻系統的輸入信號為：vRF(t)=Acos(ωRFt+
K)，K=0,1,2,3,本振" title="本振">本振信號由系統本振源產生，令下變頻器的輸入本振信號為vLO(t)=Bcos(ωLOt+ωLO)和上變頻器的輸入本振信號為vLO′(t)=B′cos(ωLOt+
LO′)。經下變頻器可得:
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?? 其中，ωIF=ωRF-ωLO
?? 再經三級放大和二級中頻聲表面濾波，可得:
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??? 然后經上變頻器，可得:
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??? 最后經切比雪夫帶通濾波器可得:
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??? 若本振源產生的兩個本振信號相位信息相同,即
LO=
LO′，則最后該部分輸出為:
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??? 比較vRF(t)=Acos(ωRF t+
K），K=0,1,2,3和(5)式所表示的信號可知，此信號與原射頻信號的相位相同，即攜帶相同的信息，只是信號的幅值發生了變化。說明此變頻系統能夠使信號的信息完整透明地傳輸。
?? 比較(4)式和(5)式，若要此變頻系統正常工作，則必須要求兩個本振信號的相位相同；否則，變頻系統不能起到良好的濾波作用而造成信號失真。
1.3 自動電平控制分析
?? 特定位置處移動臺發出的上行信號不能直接到達基站，需要經直放站轉發。但由于移動臺與直放站之間遠近效應的作用，到達直放站的信號功率存在差異，而且直放站要求轉發給基站的信號功率（直放站的輸出功率）保持穩定。因此，直放站上行系統必須采用自動電平控制進行輸出功率控制。
??? 圖3是自動電平控制系統的組成框圖，圖中vr為參考電壓，通過改變vr的大小控制輸出vo的大小；ve=Vo-vr為運算放大器的輸出(在實際應用中通常規定Vo-vr>=0）。ALC環路為反饋控制電路的一種，采用負反饋的工作原理。
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??? 為了分析此ALC環路性能，介紹一種S參數近似的線性模型[6]（見圖4）。其中，Kf為環路的前向增益，
為峰值檢波器的傳輸函數，
為比較放大器的增益函數。
??? 推導出輸出信號vo相對于參考電壓vr的轉移函數關系為:
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2 系統仿真及性能分析
??? 使用ADS軟件的行為級功能模塊實現直放站上行鏈路的系統級仿真。
??? 圖5 是系統的頻帶選擇性仿真結果，接收帶寬為60MHz（如m1和m2點標注所示），與移動終端對WCDMA系統上行鏈路(1920~1980MHz)的要求相吻合，而且通帶內的波動不超過0.125 dB。在偏離1.95GHz的中心頻率70MHz處可得到35dB左右的衰減（如m3和m4點標注所示）。
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??? 圖6是系統的信道選擇性仿真結果，中心頻率1.95GHz處的增益為81dB（如m1標注所示）；鄰道抑制達到了80dB（如m3和m4點標注所示）；通頻帶寬為4.6MHz（如m1和m2點標注所示），一般接收的信息都集中在離中心頻率左右4MHz的范圍內，因 此不會導致接收到的信號產生較大的失真；通帶內的波動不大于0.15dB。
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??? 圖7是系統的變頻分析仿真結果，可以看到系統對輸入信號的下變頻作用，射頻輸入信號的頻譜從1.95GHz的載頻（如m1標注所示）被搬移到了150MHz的中頻（如m2標注所示），對信號的上變頻作用，信號的頻譜從150MHz的中頻被搬移到了1.95GHz的載頻（如m3標注所示）。
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??? 圖8是系統的ALC性能仿真結果。比較圖8（a）中系統的輸入、輸出信號可以看出，輸出信號包絡明顯地比輸入信號包絡平坦，輸出信號的幅值幾乎輸入信號而變化，且基本穩定固定值；比較圖8（b）和圖8（c）中輸出信號的幅值可以看出，輸出信號的功率隨參考電壓的增大而增加，證明了控制參考電壓即可控制輸出的功率。
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??? 通過變頻理論和ALC原理分析，得到了一種WCDMA直放站上行鏈路系統，并應用了ADS軟件仿真此系統的性能，分析仿真結果得出此系統具有通帶內增益大、帶外衰減大和輸出功率穩定可調的優點。因此，系統適合應用于WCDMA直放站中。
參考文獻
[1] SIELMAN P F. A single-frequency communications system[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 1974,23(1):1-8.
[2] STEVENS P J. Repeaters in PCN and mobile cellular?system[C]. Radio Receivers and Associated Systems,1995:154-157.
[3] 蘇華鴻，孫孺石，楊孜勤，等. 蜂窩移動通信射頻工程.?北京：人民郵電出版社，2005:168-184.
[4]?CHOW H C, WANG I H. High performance automatic?gain control circuit using a S/H peak-detector for ASK
?receiver[J]. Digital Object Identifier, 2002,2:429-432.
[5]??NARY K R, TUYL R L.An MMIC amplifier for automatic ?level control applications[C]. IEEE Microwave and Mill-imeter-Wave Monolithic Circuit Symposium，1990:73-76.
[6]?LIN C C, SHIEU M T, WANG C K. A Dual-Loop?Automatic gain control for infrared communication system
?[C]. 2002 IEEE ASIC, 2002:125-128.