WiEX無(wú)線中繼器：小身量解決大問(wèn)題

偏遠(yuǎn)郊區(qū)環(huán)境、發(fā)射塔的架設(shè)密度低，以及地形因素都會(huì)限制發(fā)射塔效能，影響網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量。具有破壞性的多路徑干擾可能導(dǎo)致一些無(wú)法正常傳輸或接收信號(hào)的‘盲點(diǎn)’，有時(shí)甚至建筑物的材料與結(jié)構(gòu)也可使原本能夠正常收發(fā)的信號(hào)大幅減弱。無(wú)線中繼器可以改善移動(dòng)設(shè)備接收質(zhì)量較差的問(wèn)題，在許多可能影響網(wǎng)絡(luò)效能的情況下，使移動(dòng)電話仍能接收到穩(wěn)定且可靠的信號(hào)。

Portelligent公司的分析師們?cè)诓徊捎玫孛嫔系膫鹘y(tǒng)電話線路，而僅使用移動(dòng)電話的情形下安裝了WiEx裝置，期望能獲得穩(wěn)定且可靠的移動(dòng)電話服務(wù)。結(jié)果顯示，這些WiEx裝置對(duì)于大部分手機(jī)都運(yùn)作得不錯(cuò)。原本信號(hào)強(qiáng)度只有一格或甚至無(wú)信號(hào)的情況都已穩(wěn)定提升到四格信號(hào)強(qiáng)度，通話質(zhì)量與可靠性也大幅改善了。

所有的中繼器均基于相同的工作原理：從外部輸入較弱的信號(hào)，增強(qiáng)這些信號(hào)使其適用于本地接收器，并以覆蓋更廣的信號(hào)范圍同步傳回手機(jī)信號(hào)。簡(jiǎn)言之，它可被想象成一款兩端都帶有天線的雙向放大器，一端收發(fā)手機(jī)信號(hào)，而另一端收發(fā)基站信號(hào)。在最理想的情況下，其效果就如同置身于最接近蜂窩發(fā)射塔之處，因而信號(hào)質(zhì)量獲得改善。而其最重要的一項(xiàng)附帶利益是，在使用遠(yuǎn)程發(fā)射塔通話時(shí)，手機(jī)的運(yùn)作功率通常比實(shí)際所需的更低。

在這樣的基本前提下，我們可能會(huì)認(rèn)為中繼器的電子線路相當(dāng)復(fù)雜，事實(shí)上并不盡然。在拆解WiEx裝置的過(guò)程中，另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是如何在分離式的RF電路中確認(rèn)出相關(guān)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。該產(chǎn)品的單一電路板設(shè)計(jì)采用了小規(guī)模的集成，兩片塑料外殼中放置了一個(gè)器件，并采用表貼的金屬殼包覆最接近天線連接器的末級(jí)電路，以用于遠(yuǎn)程(施主)天線。

打開(kāi)電路板，即可發(fā)現(xiàn)為數(shù)眾多的器件，這看來(lái)又是一款低集成度的設(shè)計(jì)；或許是由于必須進(jìn)行仔細(xì)地放大器分級(jí)以控制增益的緣故。眾所周知，在傳送與接收放大器位于相同區(qū)域時(shí)(如在同一間房子或建筑物中)，可能存在振蕩。由于該設(shè)計(jì)只是重新放大具有延遲的雙向信號(hào)，因此可能會(huì)帶來(lái)反饋。施主天線與室內(nèi)單元的間隔會(huì)影響到手機(jī)信號(hào)質(zhì)量。當(dāng)天線之間的隔離度小于放大器增益時(shí)，可能產(chǎn)生正向反饋與相應(yīng)的振蕩現(xiàn)象。

從‘施主’左側(cè)看過(guò)來(lái)，位于隔離層下方且可上下移動(dòng)的電路模塊似乎符合850MHz的傳送接收(Tx/Rx)頻段、針對(duì)850MHz/1,900MHz頻段的信號(hào)多任務(wù)處理，以及符合1,900MHz PCS頻段的收發(fā)功能。同樣的，剩下未包覆的2/3板卡中的電路則針對(duì)手機(jī)通信提供雙工與雙頻傳送/接收電路。

從所拆解的器件看，RFMD公司的CDMA功率放大器涵蓋用于蜂窩頻段所需的末級(jí)電路。同樣地，Anadigics公司的CDMA器件為雙向放大器兩端的PA進(jìn)行PCS頻率處理。型號(hào)為#RF2196的器件是第二款RFMD的PA器件，可工作在1,900MHz；不過(guò)，這一點(diǎn)令人感到困惑，或許是打算在Anadigics的AWT6113器件作為末級(jí)電路輸出至施主天線以前，先使其負(fù)責(zé)局部的放大功能。

其它大尺寸的器件還包括用于雙向信號(hào)路徑的衰減器，這是來(lái)自M/A-Com與Hittite公司所開(kāi)發(fā)的解決方案。M/A-Com公司已被一家英國(guó)Cobham公司所收購(gòu)。這些RF器件旁邊是兩顆Atmel公司的帶模擬外圍功能的ATMega168微控制器，負(fù)責(zé)與RF功率檢測(cè)器與衰減器配合工作，以便在放大階段控制回路功率增益。這些檢測(cè)器是Linear公司開(kāi)發(fā)的，并采用5引腳封裝(#LTW5505)，連同RFMD公司的5引腳與6引腳增益模塊，共同形成一塊大約集成了二十幾個(gè)小型RF器件的電路。

這些小尺寸的半導(dǎo)體與多級(jí)放大器器件來(lái)自于一系列分立與被動(dòng)器件。聲表面波(SAW)濾波器在850MHz蜂窩頻段無(wú)線電的跨級(jí)濾波功能中扮演重要地位，而較高頻的PCS頻段則選用了更大尺寸的矩形陶瓷諧振器。雖然陶瓷諧振器的尺寸較SAW更為龐大，但它或許可提供較低的插入損耗，因而可實(shí)現(xiàn)高頻無(wú)線傳輸，且能連續(xù)使用多年，以保障投資成本。

在大型ASIC扮演電路板主角的時(shí)代，有時(shí)也可選用設(shè)計(jì)精巧的RF硬件和現(xiàn)成的器件，以便實(shí)現(xiàn)一款原理簡(jiǎn)單但實(shí)際上很難處理的設(shè)計(jì)。信號(hào)延遲、振蕩、增益管理以及RF設(shè)計(jì)都給工程師帶來(lái)各種挑戰(zhàn)。

為了解決這些問(wèn)題，保持低成本并避免長(zhǎng)時(shí)間的大規(guī)模集成電路開(kāi)發(fā)，采用小規(guī)模的集成與分段無(wú)線設(shè)計(jì)的策略將會(huì)勝出，并可實(shí)現(xiàn)更為高效的設(shè)計(jì)。這款雙頻中繼器的零售價(jià)大約300美元，而其BOM成本僅約100美元；這款設(shè)計(jì)所采用的低成本器件策略或許可順利取得相當(dāng)可觀的利潤(rùn)。

圖：WiEx采用小規(guī)模集成與分段無(wú)線設(shè)計(jì)策略實(shí)現(xiàn)了更為高效的設(shè)計(jì)。