【導(dǎo)讀】之前我們分享了毫米波通信部署情形和傳播注意事項(xiàng) 以及毫米波的波束合成 ，今天，讓我們更詳細(xì)地討論位到毫米波無(wú)線電，并探討系統(tǒng)這一部分的挑戰(zhàn)。關(guān)鍵是要將位轉(zhuǎn)換為毫米波，再以高保真度轉(zhuǎn)換回來(lái)，以支持64 QAM等高階調(diào)制技術(shù)，以及未來(lái)系統(tǒng)中可能高達(dá)256 QAM的技術(shù)。
這些新無(wú)線電的主要挑戰(zhàn)之一是帶寬。5G 毫米波無(wú)線電名義上必須處理1 GHz或可能更高的帶寬，具體取決于頻譜的實(shí)際分配方式。雖然28 GHz下的1 GHz帶寬相對(duì)較低 (3.5%)，但假設(shè)是3 GHz中頻下的1 GHz帶寬，那么設(shè)計(jì)起來(lái)就更具有挑戰(zhàn)性，并且需要某種先進(jìn)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能設(shè)計(jì)。
圖1展示了一個(gè)基于組件的高性能位到毫米波無(wú)線電的方框圖示例，構(gòu)成ADI公司的寬RF和混合信號(hào)產(chǎn)品系列。
圖1. 寬帶位到毫米波無(wú)線電框圖
在圖1的示例中，顯示了所使用的直接高中頻變送器發(fā)射和高中頻接收器采樣，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在中頻進(jìn)行發(fā)射和接收。在能夠合理實(shí)現(xiàn)的情況下，中頻要盡可能高，以避免在RF下的圖像濾波困難，從而將中頻驅(qū)動(dòng)到3 GHz及以上。幸運(yùn)的是，先進(jìn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器能夠在這種頻率下工作——
● AD9172是一款高性能、雙通道、16位DAC，支持高達(dá) 12.6 GSPS的采樣速率。該器件具有8通道、15 Gbps JESD204B數(shù)據(jù)輸入端口、高性能片內(nèi)DAC時(shí)鐘倍頻器和數(shù)字信號(hào)處理功能，支持帶寬和高達(dá)6 GHz的多頻段直接至RF信號(hào)生成。
● 在接收器中，顯示了雙通道、14位、3 GSPS ADC AD9208。該器件內(nèi)置片內(nèi)緩沖器和采樣保持電路，專門針對(duì)低功耗、小尺寸和易用性而設(shè)計(jì)。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)支持通信應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)5 GHz的寬帶寬模擬信號(hào)直接采樣。
在發(fā)射和接收中頻階段，建議將數(shù)字增益放大器從單一轉(zhuǎn)換為平衡，反之亦然，以避免使用巴倫。這里，在發(fā)射鏈中顯示 ADL5335，在接收鏈中顯示 ADL5569，作為高性能寬帶放大器的示例。
對(duì)于中頻和毫米波之間的上變頻和下變頻，ADI 最近推出了一種基于硅的寬帶上變頻器ADMV1013和下變頻器ADMV1014。這些寬帶變頻器件的操作范圍為24.5 GHz至43.5 GHz。此頻率覆蓋范圍廣泛，因此設(shè)計(jì)人員用一種無(wú)線電設(shè)計(jì)即可處理目前定義的所有 5G毫米波頻段（3GPP頻段n257、n258、n260和n261）。兩種器件均支持高達(dá)6 GHz的中頻接口和兩種變頻模式。
如圖1所示，這兩種器件都包括片內(nèi)4×本振(LO)倍頻器，且LO輸入范圍為5.4 GHz至 11.75 GHz。ADMV1013既支持從基帶I/Q直接轉(zhuǎn)換為RF，也支持從中頻進(jìn)行單邊帶上變頻。它在24 dBm的高輸出IP3提供14 dB的轉(zhuǎn)換增益。如果在單邊帶變頻中實(shí)現(xiàn)，如圖1所示，該器件提供25 dB邊 帶抑制。ADMV1014既支持從基帶I/Q直接轉(zhuǎn)換為RF，也支持鏡像抑制下變頻至中頻。該器件提供20 dB的轉(zhuǎn)換增益、3.5 dB的噪聲指數(shù)和–4 dBm的輸入IP3。鏡像抑制模式中的邊帶抑制為28 dB。
RF鏈中的最后一個(gè)組件是ADRF5020寬帶硅SPDT開關(guān)。ADRF5020 在30 GHz時(shí)提供2 dB的低插入損耗和60 dB的高隔離度。
最后，來(lái)討論頻率源。考慮到本振可能占據(jù)EVM預(yù)算的很大一部分，因此使用一個(gè)相位噪聲極低的來(lái)源來(lái)生成毫米波本振(LO)至關(guān)重要。
ADF4372是一種具有行業(yè)領(lǐng)先集成PLL和超低相位噪聲VCO的寬帶微波頻率合成器，輸出功率可達(dá)62.5 MHz至16 GHz。結(jié)合外部環(huán)路濾波器和外部基準(zhǔn)頻率使用時(shí)，可實(shí)現(xiàn)小數(shù)N分頻或整數(shù)N分 頻鎖相環(huán)(PLL)頻率合成器。8 GHz的VCO相位噪聲在100 kHz偏移時(shí) 為–111 dBc/Hz，在1 MHz偏移時(shí)為–134 dBc/Hz。
圖1中的方框圖對(duì)于任何考慮28 GHz和39 GHz頻段毫米波設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)都是一個(gè)很好的起點(diǎn)，適合與需要高性能寬帶無(wú)線電的各種波束合成前端配合使用。ADI的射頻、微波和毫米波產(chǎn)品選型指南中也列出了許多組件，其他信號(hào)鏈架構(gòu)或類似高頻應(yīng)用的設(shè)計(jì)人員可能會(huì)對(duì)這些組件感興趣。
最近幾年，毫米波無(wú)線電發(fā)展迅猛，離開實(shí)驗(yàn)室發(fā)展到了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并將在接下來(lái)的幾個(gè)月進(jìn)行商業(yè)部署。不斷發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)和新出現(xiàn)的用例要求波束合成前端具有一定的靈活性，但正如討論的那樣，有一些適合近天線設(shè)計(jì)的技術(shù)和方法可供選擇。無(wú)線電的寬帶特性（位到毫米波）需要前沿技術(shù)，但基于硅的技術(shù)正在迅速發(fā)展，以滿足混合信號(hào)和小信號(hào)域的要求。基于目前可用的組件給出了一個(gè)高性能無(wú)線電設(shè)計(jì)示例。
隨著 5G 生態(tài)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，ADI 公司將繼續(xù)利用領(lǐng)先的技術(shù)和信號(hào)鏈解決方案，支持客戶為新興的 5G 毫米波市場(chǎng)開發(fā)差異化系統(tǒng)。
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