前言

超導技術被認為是21世紀具有戰略意義的高新技術之一，在能源、信息、交通、儀器儀表、國防等方面都有重要應用。目前世界各國均在積極開展超導應用技術的研究。

超導濾波器利用導體在極低溫（-200℃左右）時導體電阻近似為零的原理制成帶通濾波器，應用于移動通信基站接收機前端，大幅改善移動基站上行鏈路性能，提高基站接收機靈敏度，降低帶內、帶外各種干擾，從而改善信號傳輸質量，擴大上行覆蓋面積，提高信號傳輸速率。

研究超導濾波器在TD-SCDMA基站等網絡優化中的作用對我國目前正在積極發展的TD-SCDMA系統和2G系統網絡優化具有重要意義。

1 移動通信的上行與下行鏈路分析

1.1 移動通信主要受限于上行鏈路

移動通信基站的發射功率遠大于手機發射功率，而基站接收機的靈敏度與手機接收機靈敏度相差無幾。因此，移動通信主要受限于上行鏈路，上行覆蓋區往往小于下行覆蓋區。

此外，隨著用戶不斷增加，移動通信網絡勢必要增加基站數量。這使得進入基站接收機的干擾和噪聲日益增多，加重了上行鏈路的負擔。

1.2 改善上行鏈路的一般方法

改善上行鏈路的一般方法是：在基站發射機RF輸出端加裝腔體濾波器，來抑制基站發射機的雜散輻射。基站接收機采用分集接收方式，并在RF輸入端也采用腔體濾波器，以提高接收機靈敏度并抑制各種帶外干擾。

然而，由于腔體濾波器的Q值只能達5000左右，通帶損耗比較大，阻帶抑制度不夠，過渡帶也不夠陡峭。因此，這個方法并不能有效解決上行鏈路受干擾問題，基站接收機的帶內干擾和底噪聲仍然比較高，基站容量利用率與接收靈敏度不高。

2 超導濾波器是解決基站干擾最佳方法之一

超導濾波器是利用導體在極低溫（約-200℃）時表面電阻近似為零的特性制成的濾波器，其Q值可達10萬，高于腔體濾波器的Q值近20倍。因此，超導濾波器具有極小的通帶插損（<0.1dB）、極高的阻帶抑制（>60dB）和極陡峭的過渡帶（-100dB/400KHz）。

配備在超導濾波器之后同樣在超低溫工作條件下的低噪放（LNA）（增益：12dB），具有極低的噪聲系數（<0.5dB）。作為基站接收機的射頻前端設備，它可以比較徹底地抑制基站接收機的各種干擾，并且提高接收機的靈敏度，基本能夠解決移動通信的上行技術瓶頸問題。此外，超導濾波器安裝在基站主接收機和分集接收機上，不影響分集接收機的抗多徑衰落功能。

目前，超導濾波器大幅改善移動通信基站利用率的實例已經很多。例如，“STI”公司已在美國大量使用安裝超導濾波器的基站（包括CDMA基站和GSM基站），基站運行情況表明超導濾波器起到了優化移動通信網絡的效果，比如改善了信號質量，降低掉話率和阻塞率，擴大了CDMA網絡容量，使得CDMA手機發射功率下降等。

3 超導濾波器核心技術與器件

美國STI公司是目前世界上唯一擁有全套超導濾波器技術與專利并形成大規模商用產品生產的公司。它擁有兩個已經產業化的核心器件：高階薄膜濾波器和小體積制冷設備。

中國寶力集團于2007年8月收購并控股“STI”公司，并在中國成立合資公司“寶力超導技術有限公司”，把美國STI公司全套專利技術轉移到中國，并組建生產基地，以降低生產成本，更好地為中國無線電通信產業服務。

4 我國目前移動通信的狀況分析

目前，我國移動通信用戶數已經超過5億。規模較大城市的市中心區域的話務量巨大，基站數量也隨之猛增。基站小區分裂后，有的基站間距僅有500m。由此可見，在大城市中心區，移動通信網絡面臨容量不足的問題。增加基站增加容量，但基站過于密集則會產生多種干擾使基站容量下降。

4.1 基站間的干擾分析

移動通信基站之間的干擾大多是由于不同網絡上行與下行的頻段間隔較小、下行3階互調或5階互調造成的。大致有下列四種。

（1）CDMA下行對移動GSM上行干擾。

我國CDMA的下行頻段為870MHz～880MHz，移動GSM上行頻段現已擴展到885MHz～909MHz，兩者間隔僅5MHz。CDMA下行鏈路的3階互調分量880MHz～890MHz、5階互調分量890MHz～900MHz以及7階互調分量900MHz～910MHz均可進入GSM上行，形成干擾。這種現象在CDMA基站和GSM基站位置比較靠近時，格外嚴重。

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

當啟用3G（TDD）1880MHz～1920MHz時，它下行的互調分量必將干擾相鄰的、沒有頻率間隔的3G（FDD主）上行1920MHz～1980MHz。

（3）3G（FDD補）下行（1850MHz～18 80MHz）與3G（TDD主）（1880～1920MHz）為相鄰關系，容易產生互調干擾。

 （4）3G（TDD補）（2300MHz～2400MHz）和WLAN（2400MHz～2483.5MHz）也為相鄰關系, 容易產生互調干擾。

4.2 上行底噪聲隨基站數增加而升高

由于各移動通信網基站接收機的射頻輸入端RF濾波器的阻帶抑制度不夠高，過渡帶不夠陡，其他網絡基站的下行強信號難免會通過RF濾波器進入本網基站的低噪放（LNA）。LNA為有源放大器，存在非線性特征。因此，LNA難免會產生各階互調分量，其中有的互調分量處于本網基站的通帶之中，造成干擾使底噪聲抬高。雖然LNA產生的互調有大有小，鄰近基站下行的互調比較大，遠處的高階互調比較小，但基站密集區的干擾將積累成巨大的能量，使信號載噪比下降，從而使信號的傳輸質量下降。由此可以推測，隨著3G基站的大量建設，3G與2G網絡形成的底噪聲將進一步抬高。

4.3 CDMA網絡基站應用超導濾波器優化效果明顯

中國聯通CDMA 上行頻率為825MHz～835MHz，在該頻段附近沒有比較強的其他各網基站的下行信號，但是仍然遇到了互調干擾和底噪聲增加的問題。根據美國STI公司在兩年前曾在我國5個城市（北京、深圳、秦皇島、惠州和陽江）所做的CDMA超導濾波器的試驗，在CDMA基站接收機前端用超導濾波器之后與用原基站的 RF濾波器進行對比，CDMA的平均話務量增加20%，掉話率下降60%，接通率升高55%，手機發射功率下降3dB～8dB，在秦皇島和陽江海面覆蓋距離增加40km～60km。這些實測的對比數據表明，我國移動通信網絡基站底噪聲普遍升高的現實，以及超導濾波器可以明顯改善信號質量。

美國STI公司目前已在美國的CDMA網和GSM網上應用超導濾波器將近7000臺，均起到了優化網絡的效果。我國3G網絡即將開始大規模建設，為了保證和提高TD-SCDMA上行鏈路的性能，應該考慮采用超導濾波器，以確保3G移動通信網絡在線取得成功。

5 TD-SCDMA網絡基站適宜加載超導濾波器

5.1 加載超導濾波器將極大地改善基站性能

當大量建設TD-SCDMA基站時，由于TD-SCDMA采用結構較為復雜的智能天線，其非線性將超過其他FDD制式的普通基站的天線，也就是說TD-SCDMA將受電磁環境影響的底噪聲增加量可能會高于FDD制式基站的底噪聲增加量。因此，TD-SCDMA基站如果采用超導濾波器進行網絡優化，在改善傳輸信號質量、掉話率、接通率、通信容量等諸多方面將產生更加明顯的效果。

5.1 適用超導濾波器的場合

(1) 基站遠距離覆蓋區域

因為超導濾波器可以提高基站接收機的靈敏度，加裝超導濾波器可以明顯改善超遠基站站距上行鏈路性能，減少同一覆蓋區域內的基站數量。

(2) 基站近距離覆蓋區域

此種情況下，只能利用超導濾波器的頻率選擇性能，克服干擾，降低基站底噪聲，改善傳輸信號的質量。

(3) 鄰近頻段基站覆蓋區域

目前，我國存在頻段間隔較小的不同制式的移動通信網絡，而超導濾波器是有效抑制某基站下行對其他基站上行干擾的方法。

5.2 提高無線電頻譜資源有效利用率

近年來，我國移動通信網絡的基站迅猛增多，使得無線電干擾與電磁環境的日益惡化，降低了已經甚為緊缺的無線電頻譜有效利用率。在這種情況下，無線電管理部門可以選擇采用如超導濾波器等新技術來凈化電磁環境，提高頻譜利用率。

6 結束語

超導濾波器利用了導體在超低溫時導體表面電阻近似為零的特性，使多級濾波器具有了極高的Q值，從而擁有極小的帶內損耗、非常高的帶外抑制和非常陡峭的過渡帶特性。它可以用在任何制式的無線接收機內，可以較大地改善移動通信網絡上行鏈路的特性：提高可用靈敏度、選擇性等。其優異的抗干擾特性可消除遠離接收頻帶的各種干擾，也能解決接收頻帶附近的強信號使接收機發生互調干擾的問題，還可以使基站接收機底噪聲下降。

我國移動通信即將進入3G時代，而3G網絡對射頻系統提出了更高的要求。隨著超導濾波器國產化進一步加深，其成本將進一步降低，相信超導濾波器必將為3G通信網絡的發展作出貢獻。