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5G基站架构:潜在的半导体解决方案

Steve Taranovich?? 2015年10月27日 ?? 收藏2

美信半导体公司

美信半导体公司执行总监Rajeev Krishnamoorthy告诉我,美信公司关注的不仅是元器件解决方案,更是客户的端到端系统需求,以及他们的解决方案用在哪里可以最好地增强5G系统。

由于5G将改变基站的架构,射频和基带前端的分离将受到影响。

图5:云端授权的无线接入网(C-RAN)的推荐架构(美信公司提供)。
图5:云端授权的无线接入网(C-RAN)的推荐架构(美信公司提供)。

作为5G的一部分,他眼中的云端授权无线接入网(C-RAN)是基带和处理功能位于中心,并有高速光纤直达射频前端。美信致力于发展适合移动宽带应用且工作在几个Gsps(每秒吉样本数)的高速ADC和DAC,使前端模块变得更加高效。

高效的功率和动态的频谱都需要得到满足,因为这是业界实现5G面临的两大挑战。5G发展之初是大规模MIMO的应用,目前正在测试的波束成形设计以64至128根天线作为起点。TD-LTE系统中超过半数的宏基站已在使用8根天线(8发8收),而且有的商用系统也已经在配置更多数量的天线。

基带中的数据量正在快速变化,因为:

1.到基带无线电设备的通信容量越来越大

2.基带到射频前端的数字化数据有如此多的通道,以致要消耗大量的功率。前端建议使用的大量多副天线也会导致功耗急剧上升。

随着数字预失真(DPD)从基带转移到前端,美信公司希望实现更高效的前端。

功放是严重影响功效的一个主要因素,特别是伴随着波形复杂性的提高,就像在具有高峰均功率比(PAPR)的多载波调制信号(MCM)中那样。美信的线性化技术目的就是提高宽带功放的效率,从而解决这个问题。

功放合作伙伴正在研发大约50%效率的10W至90W设计。5W系统以及低至100mW的系统都是AB类功放,效率只有5%至20%。最近功放公司提高小功率(100mW-5W)功放效率的努力就将结出硕果,虽然它们都需要线性化才能达到较高的效率。为了使射频前端消耗更低的功率,这是必需的。

使用更高的频率需要付出一定的代价。在更高频率时路径损耗会增加,进而意味着更低的覆盖率。为了对此加以补偿,信号将更具方向性,也正因为此需要更多的天线。

在企业系统中,基带设计将由以太网供电(PoE),因此也需要超低功耗。

5G中的小蜂窝必须具有频率灵活性,并且具有更宽的带宽。美信的ADC和DAC运行在几个Gsps数量级,可以完全满足这些需求。

我对采用大规模MIMO的天线尺寸有些担心,但Krishnamoorthy告诉我,以8×8阵列部署的128天线系统并没有很大的占地面积或尺寸。事实上,中国的TD-LTE采用的是64×2阵列的8发8收天线。波束是电控的,可以聚焦于最高效的地方——朝向地面。天线甚至可以在早高峰时在快速车道间切换,然后在晚高峰时重新定向到相反的方向。

目前天线阵列中的天线数量从10到100不等,尺寸为(3~5)英尺×(3~5)英尺。在塔顶也可能安装16或32个天线阵列。至于塔顶空间,电信提供商会因为“风载荷”而支付空间费用。这里也存在折中,因为在更高频率时天线一般靠得更近。

注意前面几段文字:人们对天线阵列的尺寸仍有一些担心,因为3×5英尺并不算小!对于宏基站来说这不是个问题,但相对于小蜂窝来说很大了。另外一个需要注意的点是,频率越高(超过6GHz),天线越小——天线的尺寸正比于波长,因此尺寸随频率增加而减小。大规模MIMO系统将越来越多地随5G系统中的更高频率系统一起部署,因此有助于减轻尺寸问题。

在转向毫米波时,我们需要良好的精度和波束成形技术。在像纽约这样的大城市里,每个相对位置都有大量的用户,而且有大量的光纤被安装进纽约的基础设施中。

小蜂窝在这类城市中可以工作得很好。

在东京,每隔几百米就有基站。

美信半导体公司完全理解端到端系统。

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《电子技术设计》11月刊版权所有,谢绝转载。


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