摘 要： 提出了一种具有自动电平控制" title="自动电平控制">自动电平控制（ALC）的WCDMA直放站" title="直放站">直放站上行链路" title="链路">链路系统，详细地分析了系统的上下变频和自动电平控制的原理，并进行了系统级仿真。此系统具有通带内增益高、带外衰减大和输出功率稳定可调的优点。
    关键词： WCDMA  直放站  上行链路  自动电平控制

    直放站技术随着移动通信技术的发展而不断发展，从最初的传统意义上的单频直放站^[1]，发展到现今的室内、室外直放站^[2]。随着第三代移动通信技术逐渐进入实施阶段，需要适用于WCDMA的直放站。
    根据GSM直放站原理^[3]，提出了一种带有自动电平控制(ALC)的WCDMA直放站上行链路系统。此直放站为选频式，即将上行频率变频为中频，进行选频限带处理后，再进行上变频恢复为上行频率；采用双ALC分别控制输入信号" title="输入信号">输入信号电平和输出信号电平，与常规的ALC[4]相比，具有更好的控制能力；与ALC^[5]相比，本系统用可变增益放大器取代可变衰减器，可得到更大的增益控制范围。仿真得出此系统具有通带内增益高、带外衰减大和输出功率稳定可调的优点，适用于WCDMA。
1 上行链路系统模型及理论
1.1 上行链路的系统模型
    直放站实际上是一种双向信号放大器。所介绍的上行链路系统为滤波放大系统，其系统模型如图1所示。

                          
    由直放站天线接收到的WCDMA上行信号进入上行链路系统，首先进入由可控增益放大器、放大电路、峰值检波器和比较放大器组成的输入信号互调电路，这个电路使输入信号的电平稳定以保证系统工作在线性区；此信号再经过射频滤波器和低噪声放大器，进行接收频带选择，滤除上行信号（1920～1980MHz）带外的频率；然后经过变频系统，将上行频率变频为中频，进行选频限带处理（中频声表滤波、中频放大）后，再进行上变频恢复为上行频率；从射频滤波器输出端口耦合出信号，与峰值检波器、比较放大器和变频前的可控增益放大器组成ALC环路，进行输出信号功率控制；最后射频滤波放大，输出所需的上行信号。
1.2 上下变频分析
    WCDMA上行频段为1920M～1980MHz，属于射频范围，要在众多密集分布、间隔很近的相邻信道中滤出特定的射频信号需要Q值极高的滤波器。若将射频信号的载波频率降低，或者说进行下变频，就可使用普通滤波器实现很好的滤波功能。
    图2是直放站上行系统的变频系统框图，包括下变频（射频变为中频）、三级中频低噪声放大、两级中频滤波和上变频（中频变为原射频）。中频滤波器选取中频声表滤波器，其具有体积小、相对带宽较宽、选频特性接近理想、线性相位、带外抑制大和较好的温度特性等，能有效地滤除带外信号。

                             
    WCDMA上行信号为QPSK（四相键控）调制，因此可假设图2所示的变频系统的输入信号为：v_RF(t)=Acos(ω_RFt+
_K)，K=0,1,2,3,本振" title="本振">本振信号由系统本振源产生，令下变频器的输入本振信号为v_LO(t)=Bcos(ω_LOt+ω_LO)和上变频器的输入本振信号为v_LO′(t)=B′cos(ω_LOt+_LO′)。经下变频器可得:
   

   其中，ω_IF=ω_RF-ω_LO
   再经三级放大和二级中频声表面滤波，可得:
   
    然后经上变频器，可得:

   
    最后经切比雪夫带通滤波器可得:
   
    若本振源产生的两个本振信号相位信息相同,即LO=LO′，则最后该部分输出为:
   

    比较v_RF(t)=Acos(ω_RF t+K），K=0,1,2,3和(5)式所表示的信号可知，此信号与原射频信号的相位相同，即携带相同的信息，只是信号的幅值发生了变化。说明此变频系统能够使信号的信息完整透明地传输。
   比较(4)式和(5)式，若要此变频系统正常工作，则必须要求两个本振信号的相位相同；否则，变频系统不能起到良好的滤波作用而造成信号失真。
1.3 自动电平控制分析
   特定位置处移动台发出的上行信号不能直接到达基站，需要经直放站转发。但由于移动台与直放站之间远近效应的作用，到达直放站的信号功率存在差异，而且直放站要求转发给基站的信号功率（直放站的输出功率）保持稳定。因此，直放站上行系统必须采用自动电平控制进行输出功率控制。
    图3是自动电平控制系统的组成框图，图中v_r为参考电压，通过改变v_r的大小控制输出v_o的大小；v_e=V_o-v_r为运算放大器的输出(在实际应用中通常规定V_o-v_r>=0）。ALC环路为反馈控制电路的一种，采用负反馈的工作原理。

                          
    为了分析此ALC环路性能，介绍一种S参数近似的线性模型^[6]（见图4）。其中，Kf为环路的前向增益，为峰值检波器的传输函数，为比较放大器的增益函数。
    推导出输出信号v_o相对于参考电压vr的转移函数关系为:
   
2 系统仿真及性能分析
    使用ADS软件的行为级功能模块实现直放站上行链路的系统级仿真。
    图5 是系统的频带选择性仿真结果，接收带宽为60MHz（如m1和m2点标注所示），与移动终端对WCDMA系统上行链路(1920~1980MHz)的要求相吻合，而且通带内的波动不超过0.125 dB。在偏离1.95GHz的中心频率70MHz处可得到35dB左右的衰减（如m3和m4点标注所示）。

                               
    图6是系统的信道选择性仿真结果，中心频率1.95GHz处的增益为81dB（如m1标注所示）；邻道抑制达到了80dB（如m3和m4点标注所示）；通频带宽为4.6MHz（如m1和m2点标注所示），一般接收的信息都集中在离中心频率左右4MHz的范围内，因 此不会导致接收到的信号产生较大的失真；通带内的波动不大于0.15dB。

                             
    图7是系统的变频分析仿真结果，可以看到系统对输入信号的下变频作用，射频输入信号的频谱从1.95GHz的载频（如m1标注所示）被搬移到了150MHz的中频（如m2标注所示），对信号的上变频作用，信号的频谱从150MHz的中频被搬移到了1.95GHz的载频（如m3标注所示）。

                                  
    图8是系统的ALC性能仿真结果。比较图8（a）中系统的输入、输出信号可以看出，输出信号包络明显地比输入信号包络平坦，输出信号的幅值几乎输入信号而变化，且基本稳定固定值；比较图8（b）和图8（c）中输出信号的幅值可以看出，输出信号的功率随参考电压的增大而增加，证明了控制参考电压即可控制输出的功率。

                                         
    通过变频理论和ALC原理分析，得到了一种WCDMA直放站上行链路系统，并应用了ADS软件仿真此系统的性能，分析仿真结果得出此系统具有通带内增益大、带外衰减大和输出功率稳定可调的优点。因此，系统适合应用于WCDMA直放站中。
参考文献
[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] 苏华鸿，孙孺石，杨孜勤，等. 蜂窝移动通信射频工程. 北京：人民邮电出版社，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.