現(xiàn)代通信微微蜂窩和微蜂窩基站的需求

蘋果公司iPhone等智能電話的出現(xiàn)拉動(dòng)了對更多以數(shù)據(jù)為中心的寬帶技術(shù)，以及對戰(zhàn)略定位的微蜂窩和微微蜂窩基站的需求。ADI公司的集成收發(fā)器AD9356和AD9357以緊湊的尺寸提供兩個(gè)接收和發(fā)射通道，同時(shí)還能降低WiMAX和長期演進(jìn)（LTE）蜂窩網(wǎng)絡(luò)等寬帶系統(tǒng)的功耗。收發(fā)器AD9356和AD9357的工作頻率范圍分別為2.3至2.7 GHz和3.3至3.8 GHz。

現(xiàn)代微微蜂窩和微蜂窩無線通信網(wǎng)絡(luò)需要使用相當(dāng)多的分立器件，常常超過功耗預(yù)算和尺寸限制。典型的微微蜂窩基站RF收發(fā)器除功率放大器（PA）外，還包括6到8個(gè)有源器件，而微蜂窩基站的器件數(shù)量很容易比上述數(shù)量多出一倍。但如果使用集成收發(fā)器AD9356和AD9357，則只需一個(gè)器件就能實(shí)現(xiàn)雙通道接收、雙通道發(fā)射收發(fā)器功能，同時(shí)功耗至少降低50%。

圖1. AD9356和AD9357收發(fā)器的高度集成降低3G和4G微蜂窩和微微蜂窩系統(tǒng)的功耗和成本

此外，由于可以將同一收發(fā)器用在多個(gè)基站平臺(tái)上（微微蜂窩和微蜂窩），因此硬件設(shè)計(jì)周期將大大縮短。這些新型收發(fā)器提供配置能力，允許設(shè)計(jì)師開發(fā)和維護(hù)可適應(yīng)多個(gè)平臺(tái)的軟件。這種靈活性與業(yè)界領(lǐng)先的RF性能相結(jié)合，可以顯著加快產(chǎn)品上市時(shí)間，并節(jié)省50%以上的材料（BOM）。

雖然成本、功耗和尺寸是重要因素，但收發(fā)器仍然必須滿足新型4G系統(tǒng)的技術(shù)要求。對于接收機(jī)，最大的挑戰(zhàn)之一是動(dòng)態(tài)范圍。無論用戶的物理位置距離基站是遠(yuǎn)還是近，接收機(jī)都必須能夠解調(diào)用戶發(fā)送的信號(hào)，這一挑戰(zhàn)一般稱為“遠(yuǎn)近問題”。

集成收發(fā)器AD9356和AD9357利用多種不同的技術(shù)來解決遠(yuǎn)近問題。首先，收發(fā)器內(nèi)置12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），以便為收發(fā)器提供充裕的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍。此外，收發(fā)器采用先進(jìn)的自動(dòng)增益控制（AGC）算法，這一點(diǎn)也很重要。

AD9356和AD9357收發(fā)器內(nèi)部采用靈活的設(shè)計(jì)，AGC既能以自主模式工作，又能利用收發(fā)器實(shí)時(shí)信號(hào)以手動(dòng)模式實(shí)施控制，這就為系統(tǒng)集成商控制系統(tǒng)增益提供了更大的自由度。正是由于AGC與高動(dòng)態(tài)范圍ADC的結(jié)合，收發(fā)器才得以解決遠(yuǎn)近問題，省去了高性能、高功率分立電路解決方案的成本。

除接收機(jī)外，也許收發(fā)器AD9356和AD9357的最大創(chuàng)新就是改善了發(fā)射噪底。在ADI公司的前幾代集成收發(fā)器中，例如AD9354和AD9355，其外部功率放大器（PA）的功率輸出水平分別局限于+33 dBm和+27 dBm，但仍然滿足FCC和ETSI的頻譜屏蔽要求。新款A(yù)D9356 RF收發(fā)器的工作頻率范圍為2.3 GHz至2.7 GHz，在載波提供8 MHz偏移時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)-130 dBc/Hz的頻譜屏蔽水平。該收發(fā)器在天線端口支持最高+40 dBm/發(fā)射機(jī)的功率水平。

圖2. 本圖顯示了AD9356收發(fā)器在載波偏移8MHz處發(fā)送SNR與輸出功率的關(guān)系

AD9357收發(fā)器的工作頻率范圍為3.3 GHz至3.8 GHz，在載波提供70 MHz偏移時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)大約-144 dBc/Hz的頻譜屏蔽性能。它能支持最高+33 dBm/發(fā)射機(jī)的外部PA，并且仍然滿足ETSI要求。為支持更高的PA功率輸出，可以增加一個(gè)簡單的低成本外部低通濾波器。用集成收發(fā)器支持這種較高功率的PA時(shí)，系統(tǒng)集成商將能擴(kuò)展系統(tǒng)的范圍，以增大覆蓋范圍，同時(shí)維持較低的部署成本。

圖3. 本圖顯示了AD9357收發(fā)器在載波偏移70MHz處發(fā)送SNR與輸出功率的關(guān)系

除了具備同類最佳的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)性能以外，多個(gè)AD9356和AD9357收發(fā)器還可以級(jí)聯(lián)或同步，支持4 Rx x 4 Tx，甚至8 Rx x 8 Tx的實(shí)施方案。這類實(shí)施方案可以進(jìn)一步擴(kuò)展基站的發(fā)射和接收范圍，并且支持通過波束成形技術(shù)來改善覆蓋范圍和服務(wù)質(zhì)量。AD9356和AD9357收發(fā)器能夠輕松同步多個(gè)芯片的基帶和RF路徑。多個(gè)芯片的基帶部分--包括接收ADC、發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和數(shù)據(jù)輸入輸出（DATA I/O）連接--通過共享鎖相環(huán)（PLL）的公共參考時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)同步，此外還必須從數(shù)字基帶芯片發(fā)送一個(gè)公共同步脈沖到這些芯片。同步脈沖發(fā)送后，多個(gè)芯片的基帶部分就會(huì)同步。 為使多個(gè)RF路徑實(shí)現(xiàn)相位同步，必須測量不同路徑的相位。一種方法是使用一個(gè)專用接收機(jī)來測量各發(fā)射信號(hào)的相位，然后以數(shù)字方式對基帶數(shù)據(jù)施加相移，從而改變相位。AD9356和AD9357收發(fā)器提供一個(gè)專用監(jiān)控器路徑，可利用它來測量發(fā)射路徑的相位和輸出功率。利用這個(gè)片內(nèi)發(fā)射監(jiān)控器，可以降低用于監(jiān)控多個(gè)發(fā)射相位的專用接收路徑的相關(guān)成本和開銷。

在M x N多路輸入、多路輸出（MIMO）通信系統(tǒng)中，集成收發(fā)器AD9356和AD9357能夠?qū)⒁粋€(gè)公共外部本振（LO）用于多個(gè)芯片。外部LO的工作頻率須為AD9356載波頻率的2倍，或AD9357載波頻率的4/3倍。使用外部LO的好處是能夠利用低相位噪聲的RF頻率合成器和公共LO來提高發(fā)射信噪比（SNR），使得N個(gè)發(fā)射機(jī)的相位噪聲具有相關(guān)性。目前，AD9356和AD9357收發(fā)器采用內(nèi)部LO源時(shí)，可以在各自的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)-39 dB的誤差矢量幅度（EVM）性能，達(dá)到同類產(chǎn)品最佳。若采用低相位噪聲外部LO，則可以實(shí)現(xiàn)-45 dB的EVM性能。