創(chuàng)新集成收發(fā)器簡化2G至5G基站接收器設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 創(chuàng)新集成收發(fā)器簡化2G至5G基站接收器設(shè)計(jì)基站接收器設(shè)計(jì)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。典型接收器組件包括混頻器、低噪聲放大器(LNA)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等，這些器件隨著時間推移而不斷改善。但是，架構(gòu)的改變卻不大。架構(gòu)選擇的局限性阻礙了基站設(shè)計(jì)人員向市場推出差異化產(chǎn)品的努力。近的產(chǎn)品開發(fā)，特別是集成收發(fā)器，顯著降低了挑戰(zhàn)性的基站接收器設(shè)計(jì)的一些限制。此類收發(fā)器提供的新基站架構(gòu)使得基站設(shè)計(jì)人員能夠有更多項(xiàng)選擇擇和方法來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化。 本文討論的集成收發(fā)器系列是業(yè)界率先支持所有現(xiàn)行蜂窩標(biāo)準(zhǔn)（2G至5G）并覆蓋全部6 GHz以下調(diào)諧范圍的產(chǎn)品。利用這些收發(fā)器，基站設(shè)計(jì)人員可以

2、讓單一緊湊型無線電設(shè)計(jì)適合所有頻段和功率變化。 首先來看一些基站類別。眾所周知的標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP定義了若干基站類別。這些基站類別有不同名稱。廣泛地說，的基站或廣域基站(WA-BS)提供的地理覆蓋范圍和用戶數(shù)量。其輸出功率也，必須提供的接收器靈敏度。隨著基站逐漸變小，所需的輸出功率也減小，接收器靈敏度同時降低。 表1.各種基站尺寸 非GSMGSM 基站基站 的地理覆蓋范圍、用戶數(shù)、功率輸出，并具有靈敏度宏或廣域普通中等微蜂窩 地理覆蓋范圍較小，用戶較少，功耗較低，靈敏度要求放寬局域或小區(qū)微微蜂窩此外，3GPP還定義了不同的調(diào)制方案。廣泛地說，對調(diào)制方案的實(shí)用細(xì)分是劃分為非GSM調(diào)制（包括LTE和

3、CDMA類型的調(diào)制）和基于GSM的調(diào)制特別是多載波GSM (MC-GSM)。在這兩大類方案中，GSM在射頻和模擬性能方面要求。此外，隨著更高吞吐速率的無線電變得越來越普遍，MC-GSM已取代單載波GSM成為標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，支持MC-GSM性能的基站無線電前端也可以處理非GSM性能。支持MC-GSM的運(yùn)營商在把握市場時機(jī)方面擁有更大的靈活性。 歷史上，基站由分立器件組成。我們相信今天的集成收發(fā)器可以取代很多分立器件，同時提供系統(tǒng)優(yōu)勢。但首先，我們需要討論基站接收器設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。 廣域或宏基站在歷史上一直是無線通信網(wǎng)絡(luò)的主力，其接收器設(shè)計(jì)傳統(tǒng)上是挑戰(zhàn)性且昂貴的。它為何如此困難？一句話，靈敏度。 基站

4、接收器在特定條件下必須到達(dá)所需的靈敏度。靈敏度是衡量基站接收器解調(diào)手機(jī)發(fā)出的弱信號的能力高低的品質(zhì)因數(shù)。通過靈敏度可確定基站能夠收到手機(jī)信號同時保持連接的遠(yuǎn)距離。靈敏度可以按兩種方式分類：1) 沒有任何外部干擾的靜態(tài)靈敏度；2) 有干擾的動態(tài)靈敏度。 首先談?wù)勳o態(tài)靈敏度。在工程術(shù)語中，靈敏度由系統(tǒng)噪聲系數(shù)(NF)決定。噪聲系數(shù)越低，意味著靈敏度越高。通過提高增益以實(shí)現(xiàn)所需的系統(tǒng)噪聲系數(shù)，可實(shí)現(xiàn)所需的靈敏度，而增益是由一種稱為低噪聲放大器(LNA)的昂貴器件產(chǎn)生。增益越大，LNA的成本和功耗越高。 遺憾的是，動態(tài)靈敏度需要權(quán)衡。動態(tài)靈敏度意味著靜態(tài)靈敏度受到干擾會變差。干擾是指接收器上出現(xiàn)的任何

5、不需要的信號，包括來自外界的信號或接收器無意產(chǎn)生的信號，如互調(diào)產(chǎn)物。在此背景下，線性度描述系統(tǒng)處理干擾的能力。 在有干擾的情況下，我們費(fèi)力實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)靈敏度會有損失。這種權(quán)衡會隨著增益提高而變得更糟，因?yàn)楦咴鲆嫱ǔ０殡S著線性度降低。換句話說，過大的增益會降低線性度性能，導(dǎo)致強(qiáng)干擾下的靈敏度降低。 設(shè)計(jì)無線通信網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)性能的負(fù)擔(dān)是放在基站端，而不是放在手機(jī)端。WA-BS設(shè)計(jì)旨在覆蓋較大區(qū)域并實(shí)現(xiàn)出色的靈敏度性能。WA-BS必須有靜態(tài)靈敏度以支持小區(qū)邊緣的手機(jī)，這里的手機(jī)信號非常弱。另一方面，在有干擾或阻塞的情況下，WA-BS接收器的動態(tài)靈敏度仍須很好。即使基站附近手機(jī)的強(qiáng)信號產(chǎn)生干擾，接收器仍

6、然必須對手機(jī)發(fā)出的弱信號展現(xiàn)良好的性能。 以下信號鏈?zhǔn)呛喕幕诜至⑵骷牡湫拖到y(tǒng)接收器。LNA、混頻器和可變增益放大器(VGA)稱為RF前端。RF前端設(shè)計(jì)的噪聲系數(shù)為1.8 dB，而ADC的噪聲系數(shù)為29 dB；在圖1的分析中，RF前端增益在x軸上掃描以顯示系統(tǒng)靈敏度。 圖1.典型分立接收器信號鏈?zhǔn)疽鈭D。 現(xiàn)在我們來比較一個簡化的收發(fā)器接收信號鏈?？梢钥吹?，收發(fā)器接收信號鏈的物料清單少于類似的分立器件信號鏈。此外，收發(fā)器片內(nèi)含有兩個發(fā)射器和兩個接收器?？此坪唵蔚募呻[藏了接收器設(shè)計(jì)的精致，后者通?？蓪?shí)現(xiàn)12 dB的噪聲系數(shù)。圖2所示的以下分析說明了系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)高靈敏度。 圖2.典型收發(fā)器/接

7、收器信號鏈?zhǔn)疽鈭D。 圖3顯示了上述兩種實(shí)現(xiàn)方案的RF前端增益與靜態(tài)靈敏度的關(guān)系。WA-BS工作在靈敏度幾乎要滿足嚴(yán)格要求的區(qū)域中。相比之下，小型蜂窩工作在靈敏度曲線斜率陡的區(qū)域，同時仍滿足標(biāo)準(zhǔn)并有較小裕量。對于WA-BS和小型蜂窩，收發(fā)器均以小得多的RF前端增益實(shí)現(xiàn)所需的靈敏度。 圖3.分立接收器與收發(fā)器/接收器的靈敏度比照。 動態(tài)靈敏度如何呢？在射頻前端增益區(qū)域，我們會使用收發(fā)器設(shè)計(jì)廣域基站，動態(tài)靈敏度也比分立解決方案好得多。這是因?yàn)檩^低增益的RF前端在給定功耗下通常具有較高的線性度。在通常使用高增益的分立解決方案中，線性度常常由RF前端決定。在收發(fā)器設(shè)計(jì)中，與分立解決方案相比，干擾導(dǎo)致的靈

8、敏度降幅顯著降低。 值得一提的是，在有過多干擾的情況下，系統(tǒng)會將增益降低到可以容忍干擾的程度，并在干擾降低時增加增益。這就是自動增益控制(AGC)。增益減小也會降低靈敏度。如果系統(tǒng)能夠容忍干擾信號，通常保持盡可能高的增益，以使靈敏度。AGC是未來討論的主題。 總之，此類收發(fā)器有兩個突出特性：出色的噪聲系數(shù)和更高的抗干擾性。在信號鏈中使用收發(fā)器，意味著您可以通過小得多的前端增益實(shí)現(xiàn)所需的靜態(tài)靈敏度。此外，較低的干擾水平意味著您可以實(shí)現(xiàn)更好的動態(tài)靈敏度。如果需要LNA，其成本和功耗也會更低。您還可以在系統(tǒng)中的其他地方作出不同的設(shè)計(jì)權(quán)衡，以利用這些特性。 如今，市場上有可配置的收發(fā)器產(chǎn)品，其既適合廣域基站設(shè)計(jì)，也適合小型蜂窩基站設(shè)計(jì)。ADI公司在發(fā)展這種新方法方面發(fā)揮著領(lǐng)導(dǎo)作用，ADRV9009和ADRV9008產(chǎn)品非常適合廣域基站和MC-GSM性能水平。此外，AD9371系列提供非GSM（CDMA、LTE）性