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创新集成收发器简化2G至5G基站吸收器设计

宣布时间:2019年02月22日 18:02    宣布者:eechina
要害词: 5G基站 , 基站吸收器
作者:Jon Lanford and Kenny Man,ADI公司

基站吸收器设计是一项艰辛的义务。尺度吸收器组件网罗糊频器、低噪声镌汰年夜器(LNA)和模数转换器(ADC)等,这些器件随着时间推移而赓续刷新。然则,架构的改变却不年夜。架构选择的局限性误差了基站设计职员向市场推出差异化产物的起劲。比来的产物开发,特殊是集成收发器,显着降低了最具寻衅性的基站吸收器设计的一些限制。此类收发器供应的新基站架构使得基站设计职员能够有更多选择和措施来完成产物差异化。

本文议论辩说的集成收发器系列是业界率先支持一切现行蜂窝尺度(2G至5G)并笼罩一切6 GHz以下调谐规模的产物。应用这些收发器,基站设计职员可让单一紧凑型无线电设计合适一切频段和功率变换。

首先来看一些基站种别。尽人皆知的尺度组织3GPP界说了若干基站种别。这些基站种别有不合称谓。普遍地说,最年夜的基站或广域基站(WA-BS)供应最年夜的地理笼罩规模和用户数目。其输入功率也最高,必须供应最好的吸收器迅速度。随着基站渐突变小,所需的输入功率也减小,吸收器迅速度同时降低。

表1.种种基站尺寸
 非GSMGSM
基站基站
最年夜的地理笼罩规模、用户数、功率输入,并具有最好迅速度宏或广域浅易
 中等微蜂窝
地理笼罩规模较小,用户较少,功耗较低,迅速度请求放宽局域或小区悄悄蜂窝

此外,3GPP还界说了不合的调制妄图。普遍地说,对换制妄图的适用细分是划分为非GSM调制(网罗LTE和CDMA类型的调制)和基于GSM的调制——特殊是多载波GSM (MC-GSM)。在这两年夜类妄图中,GSM在射频和模拟性能方面请求最高。此外,随着更高吞吐速率的无线电变得愈来愈普遍,MC-GSM已取代单载波GSM成为尺度。浅易来讲,支持MC-GSM性能的基站无线电前端也能够或许处置赏罚赏罚非GSM性能。支持MC-GSM的运营商在控制市场时机方面具有更年夜的无邪性。

历史上,基站由分立器件组成。我们信托明天的集成收发器可以取代许多分立器件,同时供应系统优势。但首先,我们须要议论辩说基站吸收器设计的寻衅。

广域或宏基站在历史上一直是无线通讯群集的主力,其吸收器设计传统上是最具寻衅性且最昂贵的。它为何云云艰辛?一句话,迅速度。

基站吸收器在特定条件下必须到达所需的迅速度。迅速度是权衡基站吸收器解调手机收回的弱旌旗暗记的才干曲折的品行因数。经由历程迅速度可一定基站能够收得手机旌旗暗记同时保持毗连的最远距离。迅速度可以按两种要领分类:1) 没有任何外部滋扰的静态迅速度;2) 有滋扰的静态迅速度。

首先谈谈静态迅速度。在工程术语中,迅速度由系统噪声系数(NF)决议。噪声系数越低,意味着迅速度越高。经由历程前进增益以完成所需的系统噪声系数,可完成所需的迅速度,而增益是由一种称为低噪声镌汰年夜器(LNA)的昂贵器件发生。增益越年夜,LNA的资源和功耗越高。

遗憾的是,静态迅速度须要权衡。静态迅速度意味着静态迅速度遭到滋扰会变差。滋扰是指吸收器上泛起的任何不须要的旌旗暗记,网罗来自外界的旌旗暗记或吸收器居心发生的旌旗暗记,如互调产物。在此配景下,线性度形貌系统处置赏罚赏罚滋扰的才干。

在有滋扰的情形下,我们辛勤完成的系统迅速度会有损掉落。这类权衡会随着增益前进而变得更糟,由于高增益通常陪同着线性度降低。换句话说,过年夜的增益会降低线性度性能,招致强滋扰下的迅速度降低。

设计无线通讯群集时,群集性能的肩负是放在基站端,而不是放在手机端。WA-BS设计旨在笼罩较年夜区域并完成精彩的迅速度性能。WA-BS必须有最好静态迅速度以支持小区边缘的手机,这里的手机旌旗暗记异常弱。此外一方面,在有滋扰或壅闭的情形下,WA-BS吸收器的静态迅速度仍须很好。纵然基站相近手机的强旌旗暗记发生滋扰,吸收器依然必须对手机收回的弱旌旗暗记展示优胜的性能。

以下旌旗暗记链是简化的基于分立器件的尺度系统吸收器。LNA、混频器和可变增益镌汰年夜器(VGA)称为RF前端。RF前端设计的噪声系数为1.8 dB,而ADC的噪声系数为29 dB;在图1的剖析中,RF前端增益在x轴上扫描以显示系统迅速度。

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图1.尺度分立吸收器旌旗暗记链体现图。

现在我们来较量一个简化的收发器吸收旌旗暗记链。可以看到,收发器吸收旌旗暗记链的物料清单少于类似的分立器件旌旗暗记链。此外,收发器片内含有两个发射器和两个吸收器。看似质朴的集成隐藏了吸收器设计的细腻,后者通常可完成12 dB的噪声系数。图2所示的以下剖析说清晰了了系统若何完成高迅速度。

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图2.尺度收发器/吸收器旌旗暗记链体现图。

图3显示了上述两种完成妄图的RF前端增益与静态迅速度的关系。WA-BS使命在迅速度简直要知足最严酷请求的区域中。相比之下,小型蜂窝使命在迅速度曲线斜率最陡的区域,同时仍知足尺度并有较小裕量。关于WA-BS和小型蜂窝,收发器均以小许多的RF前端增益完成所需的迅速度。

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图3.分立吸收器与收发器/吸收器的迅速度较量。

静态迅速度若何呢?在射频前端增益区域,我们会应用收发器设计广域基站,静态迅速度也比分立处置赏罚赏罚妄图好许多。这是由于较低增益的RF前端在给定功耗下通常具有较高的线性度。在通常应用高增益的分立处置赏罚赏罚妄图中,线性度经常由RF前端决议。在收发器设计中,与分立处置赏罚赏罚妄图相比,滋扰招致的迅速度降幅显着降低。

值得一提的是,在有过量滋扰的情形下,系统会将增益降低到可以容忍滋扰的水平,并在滋扰降低时增添增益。这就是自动增益控制(AGC)。增益减小也会降低迅速度。假定系统能够容忍滋扰旌旗暗记,通常最好保持尽能够高的增益,以使迅速度最年夜。AGC是未来议论辩说的主题。

总之,此类收发器有两个凹陷特点:精彩的噪声系数和更高的抗滋扰性。在旌旗暗记链中应用收发器,意味着您可以经由历程小许多的前端增益完成所需的静态迅速度。此外,较低的滋扰水平意味着您可以完成更好的静态迅速度。假定须要LNA,其资源和功耗也会更低。您还可以在系统中的其他地方作出不合的设计权衡,以应用这些特点。

现在,市场上有可装备的收发器产物,其既合适广域基站设计,也合适小型蜂窝基站设计。ADI公司在生长这类新措施方面施展着指导作用,ADRV9009和ADRV9008产物异常合适广域基站和MC-GSM性能水平。此外,AD9371系列供应非GSM(CDMA、LTE)性能和带宽选项,但更着重于功耗优化。

本文远非周全综述。迅速度话题将在后续文章中阻拦更深刻的议论辩说。此外,基站吸收器设计的其他寻衅网罗自动增益控制(AGC)算法、信道预计和平衡算法等。我们妄图在本文后续写一系列手艺文章,目的是简化设计流程并提升年夜家对吸收器系统的明确。

作者简介

Jon Lanford在ADI公司位于格林斯博罗的收发器产物部继续系统与固件验证司理。2003年获北卡罗来纳州立年夜学电气工程硕士学位以后,便在ADI公司使命。其之前的工程岗位网罗GSPS流水线ADC设计和校准算法设计,和收发器的测试开发。联系要领:jonathan.lanford@analog.com

Kenny Man的25年职业生涯触及高速仪器仪表和无线基站的系统设计、系统应用和无线基础行动措施的系统架构,曾任职于电信装备公司和半导体公司。现在的职责是产物工程,他欲望更好地为通讯基础行动措施的构建模块做出供献。喜欢网罗徒步旅行、滑雪和浏览历史。联系要领:kenny.man@analog.com
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