详细地讨论位到毫米波无线电

王淳 发表于 2019-03-13 11:32:08 收藏 已收藏
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详细地讨论位到毫米波无线电

王淳 发表于 2019-03-13 11:32:08

之前我们分享了 毫米波通信部署情形和传播注意事项 以及 毫米波的波束合成 ,今天,让我们更详细地讨论位到毫米波无线电,并探讨系统这一部分的挑战。关键是要将位转换为毫米波,再以高保真度转换回来,以支持64 QAM等高阶调制技术,以及未来系统中可能高达256 QAM的技术。

这些新无线电的主要挑战之一是带宽。5G 毫米波无线电名义上必须处理1 GHz或可能更高的带宽,具体取决于频谱的实际分配方式。虽然28 GHz下的1 GHz带宽相对较低 (3.5%),但假设是3 GHz中频下的1 GHz带宽,那么设计起来就更具有挑战性,并且需要某种先进技术来实现高性能设计。

图1展示了一个基于组件的高性能位到毫米波无线电的方框图示例,构成ADI公司的宽RF和混合信号产品系列。

图1. 宽带位到毫米波无线电框图

该信号链经证实 在28 GHz上支持连续的 8× 100 MHz NR载波,具有出色的误差矢量幅度(EVM)性能。有关此信号链及其演示性能的更多详细信息,可观看 ADI 公司的5G毫米波基站视频。

在图1的示例中,显示了所使用的直接高中频变送器发射和高中频接收器采样,其中数据转换器在中频进行发射和接收。在能够合理实现的情况下,中频要尽可能高,以避免在RF下的图像滤波困难,从而将中频驱动到3 GHz及以上。幸运的是,先进的数据转换器能够在这种频率下工作——

  • AD9172是一款高性能、双通道、16位DAC,支持高达 12.6 GSPS的采样速率。该器件具有8通道、15 Gbps JESD204B数据输入端口、高性能片内DAC时钟倍频器和数字信号处理功能,支持带宽和高达6 GHz的多频段直接至RF信号生成。

  • 在接收器中,显示了双通道、14位、3 GSPS ADC AD9208。该器件内置片内缓冲器和采样保持电路,专门针对低功耗、小尺寸和易用性而设计。该产品设计支持通信应用,能够实现高达5 GHz的宽带宽模拟信号直接采样。

在发射和接收中频阶段,建议将数字增益放大器从单一转换为平衡,反之亦然,以避免使用巴伦。这里,在发射链中显示 ADL5335,在接收链中显示 ADL5569,作为高性能宽带放大器的示例。

对于中频和毫米波之间的上变频和下变频,ADI 最近推出了一种基于硅的宽带上变频器ADMV1013和下变频器ADMV1014。这些宽带变频器件的操作范围为24.5 GHz至43.5 GHz。此频率覆盖范围广泛,因此设计人员用一种无线电设计即可处理目前定义的所有 5G毫米波频段(3GPP频段n257、n258、n260和n261)。两种器件均支持高达6 GHz的中频接口和两种变频模式。

如图1所示,这两种器件都包括片内4×本振(LO)倍频器,且LO输入范围为5.4 GHz至 11.75 GHz。ADMV1013既支持从基带I/Q直接转换为RF,也支持从中频进行单边带上变频。它在24 dBm的高输出IP3提供14 dB的转换增益。如果在单边带变频中实现,如图1所示,该器件提供25 dB边 带抑制。ADMV1014既支持从基带I/Q直接转换为RF,也支持镜像抑制下变频至中频。该器件提供20 dB的转换增益、3.5 dB的噪声指数和–4 dBm的输入IP3。镜像抑制模式中的边带抑制为28 dB。

RF链中的最后一个组件是ADRF5020宽带硅SPDT开关。ADRF5020 在30 GHz时提供2 dB的低插入损耗和60 dB的高隔离度。

最后,来讨论频率源。考虑到本振可能占据EVM预算的很大一部分,因此使用一个相位噪声极低的来源来生成毫米波本振(LO)至关重要。

ADF4372是一种具有行业领先集成PLL和超低相位噪声VCO的宽带微波频率合成器,输出功率可达62.5 MHz至16 GHz。结合外部环路滤波器和外部基准频率使用时,可实现小数N分频或整数N分 频锁相环(PLL)频率合成器。8 GHz的VCO相位噪声在100 kHz偏移时 为–111 dBc/Hz,在1 MHz偏移时为–134 dBc/Hz。

图1中的方框图对于任何考虑28 GHz和39 GHz频段毫米波设计的设计人员来说都是一个很好的起点,适合与需要高性能宽带无线电的各种波束合成前端配合使用。ADI的射频、微波和毫米波产品选型指南中也列出了许多组件,其他信号链架构或类似高频应用的设计人员可能会对这些组件感兴趣。

最近几年,毫米波无线电发展迅猛,离开实验室发展到了现场试验,并将在接下来的几个月进行商业部署。不断发展的生态系统和新出现的用例要求波束合成前端具有一定的灵活性,但正如讨论的那样,有一些适合近天线设计的技术和方法可供选择。无线电的宽带特性(位到毫米波)需要前沿技术,但基于硅的技术正在迅速发展,以满足混合信号和小信号域的要求。基于目前可用的组件给出了一个高性能无线电设计示例。

随着 5G 生态系统的不断发展,ADI 公司将继续利用领先的技术和信号链解决方案,支持客户为新兴的 5G 毫米波市场开发差异化系统。


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