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波束成形IC+毫米波UDC組合解決方案,加速5G毫米波部署

2019-12-24 來源:微波射頻網 我要評論(0) 字號:

Wi-Fi隨處可見,我們去到商場、酒店、機場等公眾場所都會發現公用的Wi-Fi網絡,一般情況下這些網絡不是上網速度慢就是信號不穩定,久而久之,我們更愿意使用自己的手機流量而不是Wi-Fi網絡。全球移動網絡質量評測機構OpenSignal發布的數據顯示,在法國、澳大利亞等33個國家,移動網絡的平均速度已超過用戶的Wi-Fi連接速度。隨著5G時代的到來,如何滿足日益增長的業務流量需求?這將是毫米波發揮作用的地方。

5G毫米波是一項蘊含巨大潛力的新興技術。在移動通信領域,5G毫米波通常是指頻率在24GHz到100GHz的電磁波,由于其波長比較短,衍射能力不強,并且在傳播過程中容易造成能量的快速衰減,應用難度很大。但按照ADI公司通信業務部首席技術官Thomas Cameron博士的說法,關于毫米波優劣的討論已經成了過去式,最近幾年內發生了很多事情,行業已經從最初的原型制作迅速發展到成功的現場試驗,產業內即將進行首次商業5G毫米波部署。除了移動終端,毫米波技術也將應用于基站,從而為用戶帶來極速的上網體驗。ADI公司依托獨有的比特到毫米波能力,致力于為客戶提供廣泛的技術組合和系統化方法。

5G毫米波部署情景

圖1. 5G毫米波部署情景

5G毫米波常見部署案例

相比傳統基站,毫米波基站體量很小,可以在很多場景下進行靈活的部署,比如在機場設立毫米波基站,為廣大游客提供超高速、低時延、高可靠的移動網絡。圖1突出了5G毫米波目前在28 GHz和39 GHz頻譜中探索的兩種常見情景。

上圖中的“郊區”這里稱之為“固定無線”,該方案試圖向郊區環境中的家庭提供高帶寬數據。在這種情況下,基站位于電線桿或塔上,并需要覆蓋大片區域才能產生積極的商業案例。在初始部署中,假設覆蓋范圍是室外到室外,是以客戶終端設備安裝在戶外,并且在設計鏈接時確保極好的無線連接。由于天線向下,而用戶固定,可能不需要很大的垂直轉向范圍,但發射功率可能相當高,超過65 dBm EIRP,以超大限度地增加覆蓋范圍并利用現有的基礎設施。

在密集的城市場景下,無線電或天線可能會降低到地面——街道水平。基站將安裝在建筑物屋頂或正面離地較低的位置,將來可能會發展成路燈或其他街道級安裝。無論如何,這種類型的基站將需要垂直掃描功能,以便在整個建筑物的立面上傳送信號,最終隨著移動設備的出現,向地面上的移動用戶(行人和車輛)傳送信號。這種情況下,傳輸功率可能不需要像郊區那樣高,但是室外向室內穿透仍然要面對低輻射玻璃的問題。如圖所示,在光束掃描范圍內,無論是水平軸還是垂直軸,都需要更大的靈活性。總之,沒有萬能的解決方案,5G毫米波的部署情形將決定波束合成架構,而架構將影響射頻技術的選擇。

5G毫米波的關鍵技術:波束合成

5G毫米波系統中的關鍵技術是波束合成。圖2是行業和文獻中看到的波束合成常用架構。模擬波束合成是較常用的架構,數據轉換器將數字信號與寬帶基帶或IF信號相互轉換,連接執行上變頻和下變頻處理的無線電收發器,在射頻(例如28 GHz)中,將單個射頻路徑分成多條路徑,通過控制每個路徑的相位來執行波束合成,從而在遠場朝目標用戶的方向形成波束。數字波束合成在大規模MIMO的6GHz以下范圍中更常見,其中所有相移都在數字域中完成。業界普遍認為,目前較實用、有效的波束合成方法是混合數模波束成型,它實質上是將數字預編碼和模擬波束合成結合起來,在一個空間(空間復用)中同時產生多個波束,通過將功率引導至具有窄波束的目標用戶,基站可以重用相同的頻譜,同時在給定的時隙中為多個用戶服務。

波束成型架構

圖2.波束成型架構

波束成型功能受到許多因素的推動,包括分段形狀和距離、功率電平、路徑損耗、熱限制等,是毫米波系統的區段,隨著行業的學習和成熟,需要一定的靈活性。即便如此,仍將繼續需要各種傳輸功率電平,以解決從小型蜂窩到宏的不同部署情形。另一方面,用于基站的位到毫米波無線電需要的靈活性則要小得多,并且在很大程度上可以從當前Release 15規格中派生出來。

ADI公司的波束形成器集成了多個通道,每個通道在發射和接收路徑上都有獨立的相位和幅度控制,使RF和微波前端可以電子方式控制天線波束,以實現非常好的傳輸瞄準模式。無論用于通信、雷達、電子戰還是無線電,高集成度使系統能夠提供更高性能水平和更小尺寸,同時降低系統成本。

波束成形IC+毫米波UDC相結合,加快5G毫米波部署

ADI全新的面向毫米波5G 基礎設施的新型解決方案,整合了ADI先進的波束成形IC、上/下變頻(UDC)和其它混合信號電路,這種優化的"波束至比特"信號鏈展現了只有ADI可提供的一組獨特能力。

據悉,這款新型毫米波5G芯片組包括16通道ADMV4821雙/單極化波束成形IC、16通道ADMV4801單極化波束成形IC和ADMV1017毫米波UDC,24至30 GHz波束成形+UDC解決方案構成了一個符合3GPP 5G NR標準的毫米波前端,支持n261、n257和n258頻段。高通道密度,加上支持單極化和雙極化部署的能力,極大地增強了針對多種5G用例的系統靈活性和可重構性,而同類極好的等效全向輻射功率(EIRP)則擴展了無線電覆蓋范圍和密度。ADI在毫米波技術領域的傳統優勢使得客戶能夠利用世界一流的應用及系統設計,從而針對熱、RF、功耗和布線等考慮因素優化完整的產品線。

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