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研究生:闕宏賓
研究生(外文):Hung-Pin Chueh
論文名稱:3GPP 及 LTE Femto Cell 射頻電路之設計與量測
論文名稱(外文):Design and Measurement for the RF Circuits of 3GPP and LTE Femto Cells
指導教授:毛紹綱黃育賢
口試委員:鄧維康余政杰
口試日期:2013-07-17
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電腦與通訊研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:114
中文關鍵詞:Femto cell3GPPLTE
外文關鍵詞:Femto cell3GPPLTE
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本論文主要研究有關於Femto cell 的設計及量測方法及技術,在論文部份針對有關目前一般手機使用的頻段及種類做設計,主要講述有關 3GPP 以及 LTE 等第三代及第四代的手機通訊規範,在 RF 部份的設計需求以及法規的要求為主目前,雖然 Femto cell 尚未普及如同 802.11 的產品,可是由於使用上會與其他戶外已存在的基站做通訊,所以在設計及需求上更是較802.11 嚴格,如何改變既有的 802.11 設計思維,快速轉換到 Femto cell 設計上,為論文主要的主軸 。
由於 Femto cell 系統過於龐大,其含蓋的內容包括底層的嵌入式系統,還有手機通訊部份的傳輸協定以及後端的資料庫系統等,大部份都是著重在軟體的演算法,因此在本篇論文,著眼在與 RF 有關的設計部份跟量測以及相關無線法規等需求為主。

The purpose of this thesis is to design and measure the RF circuits for deploying femto
cells. The operating bands and specfications of the femto cells are indicated at the operations
of the 3GPP and LTE mobile handsets. Compared with the popular 802.11 a/b/g/n systems,
the operation of the femo cell with the outdoor base stations needs to be considered, and thus
the specification is stringent and the design strategy is complex. The major contribution of
this thesis is to effectively realize the RF circuit of femto cell by leveraging the conventional
802.11 system design methodology.
The complete femto cell includes the embedded system and the transmission
protocal and database for the mobile handset communication in datalink and network layers,
which are mainly focused on the alogrithm for software engineer and are far beyond the scope
of this thesis. Hence, we aim at the design and measurement of the RF circuits of femto cells
to meet the regulatories of 3GPP and LTE standards.

摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目錄 iv
表目錄 ix
圖目錄 xi
第一章 簡介 1
1.1 源由 1
1.2 問題與方法 2
第二章 WCDMA 發射機 3
2.1 簡介 3
2.2 Transmitter 3
2.3 SAW Filter 5
2.4 Duplexer 5
2.5 Gain block 6
2.6 Main PA 7
2.7 Transmit block diagram 8
2.7.1 Transmitter 9
2.7.2 Gain block 9
2.7.3 Main PA 9
2.7.4 Switch 10
2.7.5 Duplexer 11
2.7.6 Pi 型衰減 11
2.7.7 Path loss 12
2.8 Transmit schematic 12
2.9 WCDMA 發射機問題與對策 13
2.9.1 Tx 路徑匹配問題 13
2.9.2 內建天線與外接天線切換設計問題 14
2.9.2.1 方法A 15
2.9.2.2 方法B 16
2.9.2.3 方法C 17
2.9.3 Power Divider 實際應用上遇到的問題 18
2.9.4 解決方法 20
2.9.4.1 單台 Femto ACLR (item 1) 22
2.9.4.2 單台 Femto ACLR (item 2) 23
2.9.4.3 單台 Femto ACLR (item 3) 23
2.9.4.4 單台 Femto ACLR (item 4) 24
2.9.4.5 單台 Femto ACLR (item 5) 24
2.9.4.6 兩台 Femto ACLR (item 1) 25
2.9.4.7 兩台 Femto ACLR (item 2) 25
2.9.4.8 兩台 Femto ACLR (item 3) 26
2.9.4.9 兩台 Femto ACLR (item 4) 27
2.9.4.10 兩台 Femto ACLR (item 5) 28
2.9.4.11 結論 29
第三章 WCDMA 接收機 29
3.1 簡介 29
3.2 Receiver 30
3.2.1 Sniff mode 30
3.2.2 Normal mode 32
3.3 SAW Filter 33
3.4 Receiver block diagram 34
3.5 Receiver schematic 38
3.6 WCDMA 接收機問題與對策 38
3.6.1 RSSI 39
3.6.1.1 Thermal noise 39
3.6.1.2 近場問題 39
第四章 WCDMA 量測 40
4.1 簡介 41
4.2 Frequency error 41
4.2.1 測試方法 42
4.2.2 Result 42
4.3 Power and ACLR 43
4.3.1 測試方法 43
4.3.2 Result 44
4.4 EVM 44
4.4.1 測試方法 44
4.4.2 Result 45
4.5 Spurious in the transmit frequency 45
4.5.1 測試方法 46
4.5.2 Result 47
4.6 Sensitivity in the transmit frequency 49
4.6.1 測試方法 50
4.6.2 Result 51
4.7 Spurious in the receiver frequency 51
4.7.1 測試方法 51
4.7.2 Result 52
4.8 Sensitivity in the receiver frequency 52
4.8.1 測試方法 53
4.8.2 Result 54
4.9 結論 54
第五章 TD-SCDMA 發射機 54
5.1 簡介 54
5.2 Transmitter 55
5.3 SAW Filter 57
5.3.1 Band A 57
5.3.2 Band F 59
5.4 Main PA 59
5.5 LPF 61
5.6 Switch 62
5.6.1 SPDT 62
5.6.2 SP3T 63
5.7 Transmit block diagram 64
5.8 Transmit schematic 65
5.9 TD-SCDMA 發射機問題與對策 65
5.9.1 發射機輸出功率不足 65
5.9.2 Low power EVM 問題 66
5.9.3 Spurious emission 問題 69
5.9.4 PCCPCH 問題 69
第六章 TD-SCDMA 接收機 70
6.1 簡介 70
6.2 Receiver 71
6.3 SAW Filter 73
6.3.1 Band A 73
6.3.2 Band F 74
6.4 Receiver block diagram 75
6.5 Receiver schematic 76
6.6 TD-SCDMA 接收機問題與對策 77
6.6.1 接收靈敏度問題 77
6.6.2 接收動態範圍問題 78
第七章 TD-SCDMA 量測 79
7.1 簡介 80
7.2 ACLR 80
7.2.1 測試方法 80
7.2.2 Result 81
7.3 EVM 81
7.3.1 測試方法 81
7.3.2 Result 82
7.4 PPM 82
7.4.1 測試方法 82
7.4.2 Result 83
7.5 Spurious emission 83
7.5.1 測試方法 84
7.5.2 Result 84
7.6 Sensitivity 89
7.6.1 測試方法 90
7.6.2 Result 90
7.7 結論 91
第八章 3GPP and LTE 差異 91
8.1 3GPP 前言 91
8.1.1 User Equipment (UE) 92
8.1.2 UMTS Terrestrial RAN (UTRAN) 92
8.1.3 Core Network (CN) 93
8.1.3.1 Mobile Switching Center/Visitor Location Register (MSG/VLR) 93
8.1.3.2 Serving General Packet Radio Service Support Node (SGSN) 93
8.1.3.3 Gateway Mobile Switching Center (GMSC) 94
8.1.3.4 Gateway GPRS Support Npde (GGSN) 94
8.1.3.5 Home Location Register (HLR) 94
8.1.4 WCDMA 通訊通道 94
8.1.4.1 Common Pilot Channel (CPICH) 95
8.1.4.2 Synchronization Channel (SCH) 96
8.1.4.3 Primary Common Control Physical Channel (Primary CCPCH) 96
8.1.4.4 Secondary Common Control Physical Channel (Secondary CCPCH) 96
8.1.4.5 Random Access Channel (RACH) 97
8.1.4.6 Acquisition Indicator Channel (AICH) 97
8.1.4.7 Paging Indicator Channel (PICH) 97
8.2 LTE 前言 98
8.2.1 LTE 架構 98
8.2.1.1 User Equipment (UE) 99
8.2.1.2 Evolved UTRAN (E-UTRAN) 99
8.2.1.3 Evolved Packet Core Network (EPC) 100
8.2.1.3.1 Mobility Management Entity (MME) 100
8.2.1.3.2 Serving Gateway (S-GW) 100
8.2.1.3.3 Packet Data Network Gateway (P-GW) 100
8.2.1.3.4 Policy and Charging Resource Function (PCRF) 101
8.2.1.3.5 Home Subscription Server (HSS) 101
8.2.2 MIMO 101
8.2.2.1 Spatial diversity 101
8.2.2.2 Tx diversity 102
8.2.2.3 Rx diversity 102
8.2.2.4 Spatial multiplexing 103
8.2.2.5 Beamforming 104
8.3 射頻差異 104
8.3.1 第三代行動通訊技術 105
8.3.1.1 調變技術 105
8.3.1.2 使用頻段 106
8.3.2 第四代行動通訊技術 107
8.3.2.1 調變技術 107
8.3.2.2 使用頻段 108
8.3.3 差異與討論 110
第九章 結論與未來工作 111
9.1 結論 111
9.2 未來工作 112
參考文獻 113



[1] 3GPP, 3GPP TS 25.141
[2] 3GPP, 3GPP TS 25.104
[3] 3GPP, 3GPP TS 25.142
[4] 3GPP, 3GPP TS 36.104
[5] 3GPP, 3GPP TS 36.141
[6] http://en.wikipedia.org/wiki/GSM
[7] https://zh.wikipedia.org/wiki/UMTS
[8] http://zh.wikipedia.org/wiki/MIMO
[9] https://en.wikipedia.org/wiki/LTE_%28telecommunication%29
[10]
http://loda.hala01.com/2009/04/wcdmaumts‐%E7%AC%AC%E4%B8%89%E4%B
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5%B1‐%E7%84%A1%E7%B7%9A%E6%8A%80%E8%A1%93%E4%BB%8B%E7%B
4%B9%EF%B9%9D1%EF%B9%9E/
[11]
http://loda.hala01.com/2009/04/wcdmaumts‐%E7%AC%AC%E4%B8%89%E4%B
B%A3%E7%84%A1%E7%B7%9A%E9%80%9A%E8%A8%8A%E7%B3%BB%E7%B
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[12]
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B%A3%E7%84%A1%E7%B7%9A%E9%80%9A%E8%A8%8A%E7%B3%BB%E7%B
5%B1‐core‐network‐%E6%9E%B6%E6%A7%8B%E4%BB%8B%E7%B4%B9%EF%
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[13] Harri Holma and Antti Toskala , WCDMA FOR UMTS HSPA Evolution and LTE ,
New York: John Wiley & Sons, 2010.
124
[14] U. L. Rohde and D. P. Newkirk, RF/Microwave Circuit Design for Wireless
Applications, John Wiley & Sons , New York, 2001.

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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