超导滤波器在TD-SCDMA基站等网优中作用

前言

超导技术被认为是21世纪具有战略意义的高新技术之一，在能源、信息、交通、仪器仪表、国防等方面都有重要应用。目前世界各国均在积极开展超导应用技术的研究。

超导滤波器利用导体在极低温（-200℃左右）时导体电阻近似为零的原理制成带通滤波器，应用于移动通信基站接收机前端，大幅改善移动基站上行链路性能，提高基站接收机灵敏度，降低带内、带外各种干扰，从而改善信号传输质量，扩大上行覆盖面积，提高信号传输速率。

研究超导滤波器在TD-SCDMA基站等网络优化中的作用对我国目前正在积极发展的TD-SCDMA系统和2G系统网络优化具有重要意义。

1 移动通信的上行与下行链路分析

1.1 移动通信主要受限于上行链路

移动通信基站的发射功率远大于手机发射功率，而基站接收机的灵敏度与手机接收机灵敏度相差无几。因此，移动通信主要受限于上行链路，上行覆盖区往往小于下行覆盖区。

此外，随着用户不断增加，移动通信网络势必要增加基站数量。这使得进入基站接收机的干扰和噪声日益增多，加重了上行链路的负担。

1.2 改善上行链路的一般方法

改善上行链路的一般方法是：在基站发射机RF输出端加装腔体滤波器，来抑制基站发射机的杂散辐射。基站接收机采用分集接收方式，并在RF输入端也采用腔体滤波器，以提高接收机灵敏度并抑制各种带外干扰。

然而，由于腔体滤波器的Q值只能达5000左右，通带损耗比较大，阻带抑制度不够，过渡带也不够陡峭。因此，这个方法并不能有效解决上行链路受干扰问题，基站接收机的带内干扰和底噪声仍然比较高，基站容量利用率与接收灵敏度不高。

2 超导滤波器是解决基站干扰最佳方法之一

超导滤波器是利用导体在极低温（约-200℃）时表面电阻近似为零的特性制成的滤波器，其Q值可达10万，高于腔体滤波器的Q值近20倍。因此，超导滤波器具有极小的通带插损（<0.1dB）、极高的阻带抑制（>60dB）和极陡峭的过渡带（-100dB/400KHz）。

配备在超导滤波器之后同样在超低温工作条件下的低噪放（LNA）（增益：12dB），具有极低的噪声系数（<0.5dB）。作为基站接收机的射频前端设备，它可以比较彻底地抑制基站接收机的各种干扰，并且提高接收机的灵敏度，基本能够解决移动通信的上行技术瓶颈问题。此外，超导滤波器安装在基站主接收机和分集接收机上，不影响分集接收机的抗多径衰落功能。

目前，超导滤波器大幅改善移动通信基站利用率的实例已经很多。例如，“STI”公司已在美国大量使用安装超导滤波器的基站（包括CDMA基站和GSM基站），基站运行情况表明超导滤波器起到了优化移动通信网络的效果，比如改善了信号质量，降低掉话率和阻塞率，扩大了CDMA网络容量，使得CDMA手机发射功率下降等。

3 超导滤波器核心技术与器件

美国STI公司是目前世界上唯一拥有全套超导滤波器技术与专利并形成大规模商用产品生产的公司。它拥有两个已经产业化的核心器件：高阶薄膜滤波器和小体积制冷设备。

中国宝力集团于2007年8月收购并控股“STI”公司，并在中国成立合资公司“宝力超导技术有限公司”，把美国STI公司全套专利技术转移到中国，并组建生产基地，以降低生产成本，更好地为中国无线电通信产业服务。

4 我国目前移动通信的状况分析

目前，我国移动通信用户数已经超过5亿。规模较大城市的市中心区域的话务量巨大，基站数量也随之猛增。基站小区分裂后，有的基站间距仅有500m。由此可见，在大城市中心区，移动通信网络面临容量不足的问题。增加基站增加容量，但基站过于密集则会产生多种干扰使基站容量下降。

4.1 基站间的干扰分析

移动通信基站之间的干扰大多是由于不同网络上行与下行的频段间隔较小、下行3阶互调或5阶互调造成的。大致有下列四种。

（1）CDMA下行对移动GSM上行干扰。

我国CDMA的下行频段为870MHz～880MHz，移动GSM上行频段现已扩展到885MHz～909MHz，两者间隔仅5MHz。CDMA下行链路的3阶互调分量880MHz～890MHz、5阶互调分量890MHz～900MHz以及7阶互调分量900MHz～910MHz均可进入GSM上行，形成干扰。这种现象在CDMA基站和GSM基站位置比较靠近时，格外严重。

（2）3G（TDD主） 1880MHz～1920MHz下行对3G（FDD主）1920MHz～1980MHz上行干扰。

当启用3G（TDD）1880MHz～1920MHz时，它下行的互调分量必将干扰相邻的、没有频率间隔的3G（FDD主）上行1920MHz～1980MHz。

（3）3G（FDD补）下行（1850MHz～18 80MHz）与3G（TDD主）（1880～1920MHz）为相邻关系，容易产生互调干扰。

（4）3G（TDD补）（2300MHz～2400MHz）和WLAN（2400MHz～2483.5MHz）也为相邻关系, 容易产生互调干扰。

4.2 上行底噪声随基站数增加而升高