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TechnicalFeature 技术特写

面或者断开，要产生一个定向性的辐射方向图并在地平面内旋
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转，从而控制天线峰值增益的方向。中央驱动天线和其中一个带
可调器件的偏移原件的组合就是一种八木天线，如图2b所示。 64-QAM-4/5
为了完成SDA系统，需要一种算法，该算法使用来自无线
电基带芯片组的度量来确定最佳波束的选择。图4给出了由该 4 64-QAM-2/3
算法控制的无线电调制解调器和SDA。该算法将调制解调器和
SDA连接在一起，这在图4中被重点突出，其中规定调制解调
器和SDA的虚线框在该算法处重叠。 16-QAM-4/5
这个对于天线系统结构的讨论仅设计单端口天线，2*2的 3
LTE MIMO系统将需要两个天线。 Link Level Throughput (bit/s/Hz) 16-QAM-2/3

系统增益 2
具有波束控制的SDA可以提供3到6dB以上的额外天线增 16-QAM-1/2
益。额外增益等同于相同等级的系统增益，因此可以得到更 QPSK-2/3
高的数据速率。图5给出了数据吞吐量和SINR之间的关系。当
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信号电平高于噪声并干扰信号水平时，随着天线系统增益的提 QPSK-1/2
高，SINR将逐步增加。图5给出了额外的天线系统改进对于系 QPSK-1/3
QPSK-1/3
统指标的好处，如吞吐量。
对于低 SINR 值， LT E 网络将使用正交相移键控 0
（QPSK），基本上与4-QAM相同。随着QAM指数的增加， –5 0 5 10 15 20 25 30
数据速率增加，支持调制所需的SINR也增加。当SINR超过 SINR (dB)
7dB时，具有QPSK吞吐量2倍的16-QAM可用于传输。SINR为 图5：链路数据吞吐量与SINR。
13dB时，最佳调制变为64-QAM，其吞吐量为16-QAM的2倍、
QPSK吞吐量的4倍。在较低的SINR下，从SDA获得的天线系 线的增益和波束宽度之间有如下关系：在辐射方向图中产生更
统改进将是最明显的。 高的增益峰值，其他角度区域将被电磁波覆盖的更少，即在辐
随着智能手机的广泛使用和蜂窝网络向5G的发展，客户 射方向图主瓣以外的方向上增益较低。
端设备中的天线设计方法是设计低定向性的全向天线或尽可能 如果基带调制解调器芯片组中的SINR度量可用于优化
接近全向辐射的天线，以确保客户端能够在最宽的球形几何范 SDA的算法，则将考虑传播信道中的干扰，因为辐射模式特性
围内接收信号。由于具有无源天线的设备无法得知基站的位置 将需要被研究和优化。为了满足容量需求，基站部署越来越密
或到达角度，因此这种宽波束宽度方法提供了让系统工作的最 集，信道干扰问题将变得越来越重要。随着基站密度的增加，
佳方法，并且考虑了设备的移动性以及设备在小区内的方向和 干扰成为吞吐量的限制因素，而不是信号强度在影响吞吐量。
位置的变化。不幸的是，从系统链路预算的角度来看，这不能 目前的天线工程师可以利用无线调制解调器中不断发展的
有效地从客户端设备中的天线发送功率，因为尽管辐射信号的 功能，如低延迟SINR指标和可调器件技术，将无源天线重构
预期方向指向链路的基站，功率依然会朝各个方向辐射。接收 为动态优化的SDA系统。如果选择辐射模式进行动态优化，与
时，无源宽波束宽度天线的峰值增益低于更具定向性的天线。 低方向性的无源天线相比，辐射方向图扇形化将提供3到6dB
如果天线“知道”需要指向哪个方向，则可以使用定向天线。 的系统增益改进。随着蜂窝网络的基站密度不断增加，优化辐
射方向图将变得更加重要，这将使得链路能够针对信号电平和
总结 传播信道中的干扰进行优化。■
当辐射单元的动态优化与来自基带调制解调器的信号相结
合时，SDA系统可以增加多个dB的系统增益，并使用优化天 参考文献
1. J. J. O. Bonafé, A. S. Pagès, S. R. Boqué, M. Garcia-Lozano and D. Gonzalez Gonzalez, “Link
线的算法。除了在预期方向上提供更大的增益之外，SDA还将 Level Simulator for LTE Downlink,” 2009, www.researchgate.net/publication/47330409_
减少从预期基站以外的方向接收干扰信号。其基本原理是，天 Link_level_simulator_for_LTE_downlink.

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• 更高数据速率，更高功效：GaN具备软压缩特性，更易于 总结
预失真和线性化。因此，更易于在数字预失真（9DPD）高 5G大规模MIMO 6GHz以下基础设施设计已经推出和部
效率应用中使用。GaN能够跨多个蜂窝频段使用，帮助网 署。这意味着，为了支持全球运营商的扩展，必须推出能够满
络运营商部署载波聚合，以增加频谱，并创建更大的数据 足更高频率、更高功率输出和更低能耗要求的技术和系统设
管道，以提高网络容量。 计。GaN技术能帮助运营商和基站OEM实现其6GHz以下和毫
• 最大限度降低系统功耗：我们如何满足5G的高数据要求？ 米波5G大规模MIMO的目标。■
我们将需要更多的基础设施，如数据中心、服务器和小基
站。这意味着会增加网络总功耗，因而需要提高系统效 参考文献
1. Cisco Systems, “Mobile Visual Networking Index (VNI) Forecast Projects 7-Fold Increase
率，节省总能耗。最终，运营商会要求以更低的成本实现 in Global Mobile Data Traffic from 2016-2021.” https://newsroom.cisco.com/press-release-
更大收益，这看起来相当困难。而GaN可以提供高输出功 content?articleId=1819296
2. Strategy Analytics, “Strategy Analytics Forecasts Nearly 600 Million 5G Users by 2023.”
率（同时提高基站效率）来解决这一难题。 https://www.strategyanalytics.com/strategy-analytics/news/strategy-analytics-press-
图4显示了6GHz以下RFFE示例的高级框图，它使用Qorvo releases/2018/03/27/strategy-analytics-forecasts-nearly-600-million-5g-users-by-2023
3. Gaussianwaves.com, “MIMO – Diversity and Spatial Multiplexing.” https://www.
Doherty PA设计来获得高效率。 gaussianwaves.com/2014/08/mimo-diversity-and-spatial-multiplexing/
62 www.mwjournalchina.com Microwave Journal China 微波杂志 Mar/Apr 2019