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从比特到波束的新一代毫米波信号链方案加速无线基础设施部署
录入时间:2020/4/19 18:05:07

未来无线数据网络必须达到更高传输速率和更短的延迟,同时提供越来越多的终端设备,需要由许多小型无线电单元组成的网络结构。因此外场服务团队正面临着如何成功部署和运营新的网络基础设施的挑战。

随着移动网络的每一代变化,运营商都要求在成本/性能上进行最佳权衡。在这种环境下,能够提供成本效益高、端到端解决方案的半导体供应商在商用部署和实现实施成本、板面积、系统功率和上市时间目标方面发挥关键作用。一个完整的系统产品简化了系统级的优化和校准,使设备制造商能够专注于系统性能,而不必在组件级优化多供应商产品线,从而可以简化无线电供应链。对于混合波束赋形架构,ADI公司推出了一款适用于毫米波5G、比特到波束的完整信号链解决方案,其集成度高,旨在降低下一代蜂窝网络基础设施的设计要求和复杂性。

ADI公司的新一代毫米波信号链解决方案开发板 

新一代5G毫米波信号链解决方案剖析

毫米波波束赋形的方法有模拟、数字和混合,其中最实用、最有效的波束赋形方法是混合数模波束赋形。波束赋形功能受到许多因素的影响,包括分段形状和距离、功率电平、路径损耗、热限制等,作为毫米波系统的一个组成部分,伴随着行业的进步和成熟过程,波束赋形功能需要具备一定的灵活性。即便如此,仍将继续需要各种传输功率电平,以适应从小型蜂窝到宏蜂窝的不同部署情形。为了获得最大的灵活性,波束赋形器必须具有快速切换模式和波束存储功能。ADI面向毫米波基础设施的新型解决方案芯片组覆盖24至30GHz,包括16通道双/单极化波束赋形芯片(ADMV4821)、16通道单极化波束赋形芯片(ADMV4801)、毫米波上/下变频器(ADMV1017)和混合信号前端(MxFE)、射频数据转换器平台(AD9081和AD9082)。

考虑到毫米波集成电路设计的挑战,业界通常没有开发出超过四个或八个通道的波束赋形器。然而,低密度波束赋形器将设计复杂性转移到客户身上:增加了高频路由、供应和控制信令以及与更复杂的供应链相关的运营效率低下。ADI在毫米波技术方面的传统提供了世界级的系统设计专业知识和应用支持,24至30 GHz波束赋形器ADMV4801加24 GHz至29.5 GHz的5G升频/降频器ADMV1017构成了一个符合3GPP 5G NR标准的毫米波前端,支持n261、n257和n258频段。高通道密度加上支持单极化和双极化部署的能力极大地增强了针对多种5G用例的系统灵活性和可重构性,而同类最佳的等效全向辐射功率(EIRP)则扩展了无线电覆盖范围和密度。

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混合波束赋形信号链

MxFE AD9081是一款RF数据转换平台,在单个封装中集成了四通道16位12GSPS RF DAC和四通道12位4GSPS RF ADC,支持单个通道实现最高2.4GHz瞬时带宽,可为毫米波前端提供3GHz IF。全新的上/下变频器ADMV1017和波束赋形器ADMV4801的紧密耦合设计使阵列校准能够优化波束剖面,以满足现场严格的使用条件。除此之外,ADI公司的集成天线模块封装(AIP)技术将整个毫米波前端集成在单个20x20毫米表面贴装IC中,可高效扩展毫米波天线阵列。例如,通过无线传输载波中的400MHz宽5G,该频率经由上/下变频器转换到20GHz,然后提供给16通道波束赋形器,波束赋形器然后连接到16个单元的天线阵列,由此在毫米波上实现波束赋形和波束转向功能。20GHz无线链路之后由AIP SiP接收,下变频器则回到3GHz。

未来展望

大规模MIMO已被证实能够使移动数据吞吐量提高3至5倍,并且还将继续提高。全球许多移动运营商已完成大规模MIMO试验,各个地区将开始该技术的商业部署。在大规模MIMO系统中,为了使系统从普通8T8R TDD无线电头端(8个发射器、8个接收器)扩展为64T64R系统,我们添加了更多无线电通道。虽然大规模MIMO系统能够显著增加基站容量,但无线电设计人员要想实现所需的大小、重量和功耗,仍面临许多挑战。

减小无线电系统大小、重量和功耗的方法众多。主要改善领域包括电路集成和提高电源效率。为解决这些大问题,我们需要从系统层面进行思考。当然,集成是最直接的办法,但集成本身也许无法产生预期的好处。然而,如果我们检查系统并优化集成架构,便能获得令人印象更深刻的结果。例如,如果我们基于可减少和/或消除大滤波器及其他无源要素的无线电架构进行构建,便能得到一个综合性能出色的解决方案。

ADI公司的集成无线电收发器产品系列能够带来高集成度,显著改善大小、重量和功耗。此外,由于采用了零中频无线电架构,整体系统复杂性和功耗降至最低。


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