模擬集成在應(yīng)對(duì)LTE-Advanced無線電工程師面臨的新挑戰(zhàn)方面發(fā)揮著重要作用。第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）正在開發(fā)LTE-Advanced標(biāo)準(zhǔn)的第3版（Rel-12）。12GPP Rel-3 包括對(duì) 12G 無線接入技術(shù)的許多增強(qiáng)功能，包括寬帶載波聚合、多層空間復(fù)用和高級(jí)天線配置。Rel-4增強(qiáng)功能將挑戰(zhàn)無線電設(shè)計(jì)人員集成更多的RF發(fā)射器通道，從而實(shí)現(xiàn)更小，更低功耗和更高性能的eNodeB基站。射頻模擬集成和顛覆性無線電架構(gòu)的進(jìn)步可以幫助工程師成功克服集成挑戰(zhàn)。

介紹

本應(yīng)用筆記系列分為兩部分，回顧了第四代長期演進(jìn)（4G-LTE）蜂窩標(biāo)準(zhǔn)的新發(fā)展。本應(yīng)用筆記系列探討了LTE-Advanced （LTE-A） Release-12 （Rel-12）的特性以及對(duì)eNodeB射頻（RF）發(fā)射器的影響。應(yīng)用筆記揭示了模擬集成如何克服最新4G開發(fā)帶來的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。每個(gè)應(yīng)用筆記的末尾都附有技術(shù)術(shù)語表。

本應(yīng)用筆記第1部分探討了推動(dòng)全球采用LTE標(biāo)準(zhǔn)的市場(chǎng)力量以及4G無線接入技術(shù)的趨勢(shì)。讀者將了解第三代合作伙伴計(jì)劃 （3GPP） Rel-3 規(guī)范中概述的工作項(xiàng)。主題包括載波聚合 （CA）、空間多路復(fù)用和有源天線系統(tǒng) （AAS）。

本系列的第 2 部分將探討 4G 基站中的模擬集成挑戰(zhàn)。Rel-12 特性，如寬帶下行鏈路載波聚合、下行鏈路多輸入多輸出 （MIMO） 空間復(fù)用和帶嵌入式射頻的 AAS，為下一代 eNodeB 無線電帶來了新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。引入了一種顛覆性的比特到RF解決方案，可以幫助工程師塑造替代無線電發(fā)射器架構(gòu)。討論的重點(diǎn)是新型RF數(shù)模轉(zhuǎn)換器（RF-DAC）技術(shù)，該技術(shù)可產(chǎn)生單芯片寬帶RF發(fā)射器解決方案。讀者將了解RF-DAC的系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用及其為eNodeB無線電設(shè)計(jì)帶來的集成優(yōu)勢(shì)。

概述

長期演進(jìn)（LTE）被公認(rèn)為發(fā)展最快的移動(dòng)寬帶技術(shù)，并成為全球采用最廣泛的蜂窩標(biāo)準(zhǔn)。無線服務(wù)提供商采用LTE的全球速度已超過之前的第二代（2G）和第三代（3G）部署。LTE的普及主要是由于其高頻譜效率和高峰值數(shù)據(jù)速率，基于IP的低延遲網(wǎng)絡(luò)和演進(jìn)路線圖。對(duì)于消費(fèi)者來說，這意味著可靠的高速移動(dòng)接入和隨時(shí)隨地的連接。對(duì)于無線服務(wù)提供商而言，LTE 可提供高效的頻譜利用率、網(wǎng)絡(luò)容量增益和總擁有成本 （TCO） 的顯著改善。但LTE不是“真正的4G”服務(wù)，從技術(shù)上講仍被認(rèn)為是3.9G。

真正的第四代（4G）無線電通信標(biāo)準(zhǔn)，即國際移動(dòng)通信-高級(jí)（IMT-Advanced），必須滿足國際電信聯(lián)盟無線電部門（ITU-R）規(guī)定的要求。IMT-Advanced將4G定義為一種服務(wù)，可為高移動(dòng)性用戶提供100Mbps峰值數(shù)據(jù)速率，為低移動(dòng)性客戶端提供1Gbps峰值數(shù)據(jù)速率。為了符合IMT-Advanced的愿景，自3年發(fā)布最初的LTE Rel-8標(biāo)準(zhǔn)以來，2008GPP已經(jīng)開發(fā)了許多增強(qiáng)功能。

在Rel-10中，3GPP將LTE-Advanced作為“真正的4G”服務(wù)引入，以滿足或超過IMT-Advanced的要求。LTE-A Rel-10是移動(dòng)寬帶演進(jìn)的下一步，并進(jìn)一步擴(kuò)展了LTE的基本功能集。目前，Rel-12已接近推出，計(jì)劃于2015年12月進(jìn)行功能凍結(jié)。Rel-1將包括跨無線接入技術(shù)的進(jìn)化增強(qiáng)。圖10顯示了LTE開發(fā)時(shí)間表，可以看出理論上的峰值下行鏈路（DL）和上行鏈路（UL）數(shù)據(jù)速率分別提高了約20倍和300倍，從Rel-75中的DL = 8Mbps / UL = 3Mbps增加到Rel-1中的DL = 5Gbps / UL = 10.10Gbps。峰值數(shù)據(jù)速率的顯著提高部分歸功于寬帶CA，并輔以Rel-12中引入的多層空間復(fù)用，現(xiàn)在是Rel-<>增強(qiáng)功能的重要組成部分。

圖1.LTE發(fā)布時(shí)間表顯示了無線接入技術(shù)的演進(jìn)進(jìn)步。

LTE-A rel-12及其對(duì)eNodeB無線電的影響

Rel-12增強(qiáng)功能將顯著影響演進(jìn)的NodeB（eNodeB）無線電的設(shè)計(jì)方式。一些重要的 Rel-12 項(xiàng)目包括載波聚合的新組合、下行鏈路 MIMO 的空間多路復(fù)用增強(qiáng)以及 AAS 所需的射頻要求。圖 2 總結(jié)了 Rel-12 的一些項(xiàng)目及其各自的功能和優(yōu)點(diǎn)。

圖2.版本 12 工作項(xiàng)的功能和優(yōu)點(diǎn)。

仔細(xì)觀察Rel-12的功能，可以揭示LTE移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)如何發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)容量，頻譜利用率，峰值數(shù)據(jù)速率和覆蓋范圍的改進(jìn)。載波聚合使運(yùn)營商能夠提供更高的峰值數(shù)據(jù)速率（比特/秒），并更好地管理跨越700MHz至3.5GHz的碎片化無線電頻譜。采用具有 8x8 MIMO 的空間復(fù)用可提高頻譜效率（比特/秒/赫茲），為用戶提供更高的峰值數(shù)據(jù)速率，同時(shí)最大限度地利用有限且寶貴的頻譜資源。遷移到AAS使宏蜂窩基站能夠?qū)嵤┎ㄊ尚渭夹g(shù)，從而提高小區(qū)邊緣和扇區(qū)容量，同時(shí)降低功耗。Rel-12 功能增強(qiáng)為 LTE 生態(tài)系統(tǒng)帶來了許多好處，同時(shí)也帶來了新的無線電設(shè)計(jì)和無線電架構(gòu)挑戰(zhàn)。

下行載波聚合（DL-CA）意味著基站無線電發(fā)射機(jī)必須支持具有載波頻率捷變的超寬帶寬，而8x8 MIMO需要更多的射頻發(fā)射機(jī)信道。帶有嵌入式射頻的 AAS 為每個(gè)天線元件專用一個(gè)無線電收發(fā)器，最多 16 個(gè)天線元件。這顯著增加了無線電信道密度。在宏蜂窩基站應(yīng)用中，DL-CA、MIMO 和 AAS 特性推動(dòng)了對(duì)緊湊、低功耗、高動(dòng)態(tài)性能無線電解決方案的需求。受外形尺寸、功耗和系統(tǒng)成本三者約束的約束，Rel-12 增強(qiáng)的效果是深遠(yuǎn)的。RF 工程師面臨著新的 eNodeB 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：在更小的占位面積中集成更多無線電信道，以更低的功耗和更好的動(dòng)態(tài)性能運(yùn)行，所有這些都不會(huì)增加系統(tǒng)成本。為了幫助工程師克服這些挑戰(zhàn)，射頻模擬集成和顛覆性無線電架構(gòu)提供了一種可以重塑eNodeB發(fā)射器設(shè)計(jì)的解決方案。

在討論 Rel-12 功能的細(xì)節(jié)之前，了解市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素以及起草 LTE-A Rel-12 的原因非常重要。簡(jiǎn)而言之，市場(chǎng)是否有更大的容量、更好的覆蓋范圍和更高的體驗(yàn)質(zhì)量的需求？是否有商業(yè)案例證明部署LTE-Advanced的資本支出（CAPEX）投資是合理的？

推動(dòng)LTE-A的市場(chǎng)力量

移動(dòng)流量正在從語音過渡到“以數(shù)據(jù)為中心”，因?yàn)橐苿?dòng)用戶在智能手機(jī)、平板電腦和移動(dòng) PC 上采用視頻流、Web 瀏覽和社交網(wǎng)絡(luò)。未來五年，移動(dòng)行業(yè)預(yù)測(cè)移動(dòng)數(shù)據(jù)流量和移動(dòng)寬帶用戶將呈指數(shù)級(jí)增長，數(shù)據(jù)流量增長60%，用戶增長27%。預(yù)計(jì)結(jié)果將是16年每月2018艾字節(jié)的流量和<>億的全球用戶。[1] [2]行業(yè)專家承認(rèn)，為了維持移動(dòng)寬帶需求的激增，并確保具有無處不在連接的高質(zhì)量體驗(yàn)服務(wù)，無線服務(wù)提供商必須改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，增加容量并最大限度地提高頻譜利用率。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，服務(wù)提供商需要投資網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化，升級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施，從3G過渡到4G無線接入技術(shù)和核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

從3G升級(jí)到4G需要新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。因此，LTE網(wǎng)絡(luò)的部署成本更高，并且需要更高的初始資本支出投資。這使得資本支出投資成為重要的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力。因此，證明4G無線基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的資本支出投資的合理性需要一個(gè)令人信服的商業(yè)案例，以證明盈利能力和足夠的投資回報(bào)率（ROI）。4G-LTE網(wǎng)絡(luò)平均比4G快3倍左右，3允許服務(wù)提供商利用不斷增長的移動(dòng)數(shù)據(jù)需求。此外，扁平全I(xiàn)P LTE網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本低于3G，使4G成為降低每比特服務(wù)成本和提高盈利能力的理想選擇。

LTE-A在為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供差異化服務(wù)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并充當(dāng)移動(dòng)數(shù)據(jù)增長貨幣化的渠道。投資韓國、日本和美國等世界上最先進(jìn)的移動(dòng)市場(chǎng)LTE基礎(chǔ)設(shè)施的早期LTE采用者已經(jīng)看到了成功的收入增長和每用戶平均收入（ARPU）的增長。此外，由于LTE提供更低的每比特服務(wù)成本，早期采用者更好地控制了運(yùn)營費(fèi)用，這反過來又有助于改善TCO。早期采用者很快意識(shí)到“首先進(jìn)入市場(chǎng)”和“最好進(jìn)入市場(chǎng)”的重要性，或者換句話說，“建立它，他們就會(huì)來。

Verizon Wireless，4SK電訊，5NTT DoCoMo是主要無線服務(wù)提供商早期投資遷移到LTE的好例子。每個(gè)公司都報(bào)告了ARPU增長的數(shù)據(jù)，盈利能力穩(wěn)定。相反，在歐洲，無線提供商推遲了LTE，并試圖收回昂貴的3G投資，這些提供商的ARPU正在急劇下降。圖36說明了美國與歐洲的每次連接平均收入（ARPC）和ARPU之間的對(duì)比，這兩個(gè)市場(chǎng)的消費(fèi)者都看到了降低每次連接成本的好處。然而，由于美國消費(fèi)者與更多的數(shù)據(jù)密集型設(shè)備連接，每次訂閱的收入正在增加。ARPU-ARPC差距與美國的LTE網(wǎng)絡(luò)部署和移動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)展相吻合。事實(shí)上，2013年美國最大的兩家運(yùn)營商在資本支出上花費(fèi)了21億美元，超過了服務(wù)于五個(gè)最大的歐盟國家的所有20家運(yùn)營商。因此，為了實(shí)現(xiàn)早期LTE采用者市場(chǎng)的收入增長和盈利能力，今天全球?qū)?G基礎(chǔ)設(shè)施的投資是服務(wù)提供商CAPEX將在250年達(dá)到2017億美元的主要原因。

圖3.當(dāng)移動(dòng)用戶與更多數(shù)據(jù)密集型設(shè)備連接時(shí)，如美國LTE市場(chǎng)，每次連接收入的下降是溫和的，運(yùn)營商會(huì)產(chǎn)生更高的ARPU。圖片來源為GSMA無線智能。www.gsma.com/。

提高盈利能力和生成更高的數(shù)據(jù) ARPU 是當(dāng)今全球移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施投資新一輪的催化劑。如圖 4 所示，7從4年到7年，資本支出預(yù)計(jì)將以2013.2020%的復(fù)合年增長率（CAGR）增長。一般來說，設(shè)備與資本支出的比率約為33%。35年約2017%的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備投資針對(duì)LTE，預(yù)計(jì)16-2012年的復(fù)合年增長率為2017%。8

圖4.為了維持?jǐn)?shù)據(jù)增長，預(yù)計(jì)從1年到7年，運(yùn)營商在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)方面的資本支出投資將超過2012.2020萬億美元。圖片來源為GSMA無線智能。

圖5總結(jié)了推動(dòng)4G LTE-A演進(jìn)和新eNodeB設(shè)備部署的主要市場(chǎng)力量。移動(dòng)數(shù)據(jù)流量和移動(dòng)寬帶用戶數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)性能必須不斷發(fā)展，以維持對(duì)帶寬密集型應(yīng)用日益增長的需求，而這反過來又需要服務(wù)提供商在網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化方面進(jìn)行資本支出投資。這些力量的匯合推動(dòng)了LTE-A的發(fā)展和采用。

圖5.四大主要市場(chǎng)力量正在推動(dòng)無線接入技術(shù)的進(jìn)化改進(jìn)。

Rel-12 宏蜂窩基站發(fā)射機(jī)的趨勢(shì)

包括服務(wù)提供商資本支出在內(nèi)的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素是LTE無線基礎(chǔ)設(shè)施投資將持續(xù)到2020年及以后的良好指標(biāo)。大部分投資將集中在建設(shè)新的LTE宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)和將3G宏蜂窩過渡到4G接入。宏蜂窩基站提供出色的廣域覆蓋范圍，通常超過10公里（數(shù)十英里），并為跨越700MHz至2.6GHz的多個(gè)RF頻段提供服務(wù)。在需要時(shí)，它們?yōu)槠渌咎峁┗爻獭Ｒ虼耍攴涓C在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并將在未來繼續(xù)發(fā)揮其重要作用。Rel-12 增強(qiáng)功能解決了幫助服務(wù)提供商增加更多宏蜂窩容量和提高蜂窩邊緣性能，同時(shí)降低總體擁有成本的方法。載波聚合（DL 和 UL）、AAS 和空間多路復(fù)用是增強(qiáng)宏蜂窩基站性能的三個(gè) Rel-12 功能。

下行載波聚合

DL-CA將各個(gè)分量載波（CC）組合在一起，以有效增加移動(dòng)用戶可用的傳輸帶寬。分量載波可以位于LTE頻段的頻譜中。DL-CA允許服務(wù)提供商更好地利用700MHz至2.6GHz的碎片頻譜，同時(shí)提供更高的用戶峰值數(shù)據(jù)速率并增加整體網(wǎng)絡(luò)容量。Rel-10指定每個(gè)用戶的最大聚合帶寬為100MHz，包括多達(dá)五個(gè)20MHz分量載波。初始LTE部署僅限于高達(dá)40MHz的聚合帶寬，以更好地服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商頻譜資產(chǎn)和分配場(chǎng)景。典型應(yīng)用將 5MHz、10MHz 或 20MHz 分量載波聚合在不同頻段。

DL-CA有三種類型：（1）帶內(nèi)連續(xù)，（2）帶內(nèi)不連續(xù)和（3）帶間不連續(xù)。9載波聚合可用于FDD或TDD模式，支持1.4、3、5、10、15和20MHz帶寬。 圖 6 總結(jié)了 DL-CA 的類型、不同的 CA 類別和傳輸帶寬配置。在 Rel-10、Rel-11 和 Rel-12 中為上行鏈路和下行鏈路調(diào)用了不同的 CA 組合。在Rel-12中，引入了一種新的DL組合，該組合聚合了三個(gè)帶間分量載波（3DL-CC）。例如，華為和LG Uplus在1MHz（CC = 5MHz）、7MHz（CC = 800MHz）和10MHz（CC = 2100MHz）下演示了LTE頻段10-2600-20的聚合，以實(shí)現(xiàn)300Mbps的峰值吞吐量。10

圖6.圖示總結(jié)了不同類型的載波聚合、不同的 CA 類別和傳輸帶寬配置。

LTE生態(tài)系統(tǒng)支持載波聚合，包括高通和Sequans的移動(dòng)芯片組，三星S5和HTC One（M8）智能手機(jī)中的移動(dòng)設(shè)備，以及愛立信、華為和諾基亞網(wǎng)絡(luò)等公司的基站設(shè)備。與無線服務(wù)提供商聯(lián)合演示的一些示例可實(shí)現(xiàn)高達(dá)450Mbps的峰值數(shù)據(jù)速率，包括華為和LG Uplus，? ?10愛立信和特萊斯特拉，11諾基亞和SKT。12目前，DL-CA即將在全球范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)中增加，因此移動(dòng)LTE用戶很快就會(huì)享受到更高峰值數(shù)據(jù)速率的好處。

有源天線系統(tǒng)

AAS是eNodeB演進(jìn)的下一步。蜂窩基站已經(jīng)從傳統(tǒng)的基站收發(fā)器（BTS）發(fā)展到遠(yuǎn)程無線電單元（RRU），再到集成天線無線電（IAR），現(xiàn)在又發(fā)展到AAS。圖7顯示了第二代無線電單元從塔底部的室內(nèi)外殼移動(dòng)到天線下方的塔頂?shù)难葸M(jìn)路徑。RRU 用光纖電纜互連取代同軸饋線電纜。第三代將無線電單元（通常為2T4R）和天線罩內(nèi)集成在一起，其中無線電與交叉極化天線陣列接口。第四代在天線內(nèi)部集成了多個(gè)無線電收發(fā)器，其中每個(gè)無線電都與專用天線元件接口以形成陣列。一個(gè)例子是阿爾卡特朗訊的“立方體光收音機(jī)”的推出。13

圖7.基站從第一代 BTS 到當(dāng)代第四代的演變。

每一代基站都在一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域進(jìn)行了改進(jìn)：更好的無線電性能、更低的工作功率、更小的尺寸或更快的安裝時(shí)間。例如，從 BTS 過渡到 RRU 時(shí)，功耗降低了 50%，下行鏈路損耗降低了 3dB。從 RRU 到 IAR 的過渡使尺寸減小了 40%，功耗降低了 8%，下行鏈路損耗降低了 1dB。14第四代 AAS 實(shí)現(xiàn)了全新的、更高水平的性能。

AAS是一項(xiàng)進(jìn)化性發(fā)展，將使宏蜂窩能夠?qū)TE容量精確地集中在特定的用戶組。它將提高小區(qū)邊緣性能，同時(shí)降低基站的工作功耗。AAS基站的潛力在于電子波束形成和空間處理技術(shù)，可以產(chǎn)生動(dòng)態(tài)可調(diào)的輻射圖。圖 8 說明了 AAS 結(jié)構(gòu)。射頻收發(fā)器和天線元件陣列允許對(duì)相位和幅度進(jìn)行電子基帶控制，以塑造和引導(dǎo)輻射波束。此控制支持單天線蜂窩扇區(qū)細(xì)分。波束模式的水平（方位角）和垂直（仰角）控制實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)重要的應(yīng)用：（1）垂直扇區(qū)化，（2）獨(dú)立的TX-RX傾斜，（3）RAT傾斜，（4）接收器分集和（5）全維MIMO。

圖8.具有嵌入式射頻的有源天線系統(tǒng) （AAS） 的結(jié)構(gòu)（左）和宏蜂窩基站中的 AAS 波束成形功能（右）。

圖9顯示了無線服務(wù)提供商可在宏蜂窩基站中利用的AAS應(yīng)用示例。通過波束成形和波束控制，AAS宏小區(qū)可以更好地利用無線電資源，適應(yīng)不斷變化的流量模式，并改善移動(dòng)用戶體驗(yàn)。例如，RX 和 TX 光束的獨(dú)立 TX-RX 電子傾斜可用于優(yōu)化單個(gè) UL 和 DL 路徑;因此，當(dāng) RX-TX 鏈路預(yù)算不同時(shí)，可以延長移動(dòng)設(shè)備的電池壽命。當(dāng)UL路徑得到優(yōu)化時(shí)，移動(dòng)設(shè)備發(fā)射器的功率放大器可以設(shè)置為最佳工作功率水平，而不會(huì)浪費(fèi)電池能量。

AAS可以為LTE生態(tài)系統(tǒng)帶來許多好處。然而，AAS基站的射頻特性與傳統(tǒng)天線系統(tǒng)不同，必須對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)研究。

圖9.宏蜂窩基站可實(shí)現(xiàn)多種 AAS 波束成形和波束控制應(yīng)用。

在Rel-12中，一個(gè)工作組正在研究AAS。3GPP 有源天線工作項(xiàng)的主要目標(biāo)是確定 AAS 基站的射頻要求和一致性測(cè)試。其中一些主題包括相鄰信道泄漏比 （ACLR）、帶內(nèi)/帶外發(fā)射、接收機(jī)靈敏度、接收機(jī)阻塞器性能和 3D 信道建模。15AAS被廣泛認(rèn)可的好處是3GPP研究背后的主要原因：通過采用具有光束整形和轉(zhuǎn)向的柔性細(xì)胞分裂來增加容量;消除電纜衰減和功率損耗;安裝在塔頂上的組件更少;以及通過收發(fā)器冗余實(shí)現(xiàn)更好的網(wǎng)絡(luò)可用性。AAS 第四代基站的出現(xiàn)有望為宏蜂窩提供更高水平的性能，并有效提供新的 4G 服務(wù)，如 LTE 語音和 LTE 廣播。

使用下行鏈路 MIMO 進(jìn)行空間多路復(fù)用

在 100MHz 載波聚合頻帶受限系統(tǒng)中傳輸每秒千兆位的下行鏈路峰值數(shù)據(jù)速率需要超越高階調(diào)制的頻譜效率技術(shù)。隨著無線通信鏈路接近香農(nóng)容量定理的極限，必須利用空間維度，因此必須采用具有多個(gè)天線配置的空間復(fù)用。LTE Rel-8包含具有2層傳輸?shù)?X4和4X4 MIMO。Rel-10將其擴(kuò)展到8X8下行鏈路MIMO，也稱為傳輸模式9（TM9）。Rel-12探索了優(yōu)化8X8 DL MIMO的方法，并包括對(duì)全維MIMO（FD-MIMO）的研究，并得到了AAS的補(bǔ)充。

采用具有 8X8 下行鏈路 MIMO 的空間復(fù)用可以將吞吐量提高 8 倍，而無需使用更多頻譜帶寬。在通信鏈路可靠性很重要或信號(hào)條件較差的情況下，可以采用下行鏈路空間分集（發(fā)射分集）來獲得分集增益并提高信干加噪聲比（SINR）。通過 MIMO 空間復(fù)用或 MIMO 空間分集，可以實(shí)現(xiàn)重要的網(wǎng)絡(luò)性能提升。然而，這些先進(jìn)技術(shù)需要在eNodeB和移動(dòng)用戶設(shè)備（UE）上安裝多個(gè)天線。部署 8x8 MIMO 需要在 eNodeB 和 UE 上安裝八根天線，如圖 10 所示。由于需要天線空間分離，因此很難在智能手機(jī)等小型移動(dòng)設(shè)備中集成八根天線。然而，4X4 MIMO是實(shí)用的，天線開發(fā)的新進(jìn)展就像SkyCross看到的那樣。16其中已證明 580Mbps 峰值數(shù)據(jù)速率。大尺寸設(shè)備，如數(shù)據(jù)饑渴的平板電腦和筆記本電腦，將更容易集成八個(gè)天線。由于在大屏幕設(shè)備上觀看高清 （HD） 視頻內(nèi)容更加實(shí)用和愉快，平板電腦和移動(dòng) PC 可以充分利用具有高吞吐量 8X8 MIMO 的移動(dòng)高清視頻。此外，由于移動(dòng)視頻是數(shù)據(jù)流量增長的主要驅(qū)動(dòng)力，并被視為無線服務(wù)提供商的增值功能，因此宏蜂窩eNodeB有一個(gè)重要趨勢(shì)，即支持具有四層和八層傳輸?shù)亩鄠€(gè)天線。

圖 10.使用 8X8 MIMO 進(jìn)行空間復(fù)用需要在 eNodeB 和移動(dòng)用戶設(shè)備上安裝八根天線。

下行鏈路MIMO的大部分基礎(chǔ)是在Rel-8到Rel-11會(huì)話中完成的。這包括開發(fā)傳輸模式 1 到 9、碼本結(jié)構(gòu)、信道狀態(tài)信息 （CSI） 反饋、解調(diào)參考信號(hào) （DM RS）、下行鏈路控制信息 （DCI） 格式以及 SU-MIMO 和 MU-MIMO 之間的動(dòng)態(tài)切換。為了提高頻譜效率，Rel-12 側(cè)重于兩項(xiàng) CSI 增強(qiáng)功能：（1） 4TX 預(yù)編碼矩陣索引反饋，以及 （2） 非周期性反饋物理上行鏈路共享信道模式3-2。Rel-12也開始了FD-MIMO的初步研究。

FD-MIMO 將 AAS、3D 波束成形和空間復(fù)用相結(jié)合，在提高網(wǎng)絡(luò)容量的同時(shí)提供高效的頻譜利用率。FD-MIMO的可能性如圖11所示，其中天線波束可以精確且獨(dú)立地聚焦在不同方位角和仰角平面上的許多移動(dòng)用戶。在 Rel-10 和 Rel-11 中，MIMO 功能專門解決了方位角中的 eNodeB 天線方向性。Rel-12探索了充分利用空間域的方法。

圖 11.全維MIMO （FD-MIMO）與3D波束成形的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)FD-MIMO愿景，需要在3D信道建模、碼本設(shè)計(jì)、反饋增強(qiáng)和AAS無線電要求的定義方面做進(jìn)一步的工作。然而，第一步，將多個(gè)寬帶無線電發(fā)射機(jī)通道集成到空間受限的天線系統(tǒng)中，可以通過創(chuàng)新的比特到RF解決方案來解決。本應(yīng)用筆記第2部分介紹了如何將直接變頻RF-DAC技術(shù)嵌入AAS，以降低發(fā)射器工作功耗、最小化散熱并縮小電路板面積。

結(jié)論

本應(yīng)用筆記是本系列文章的兩部分，第1部分探討了推動(dòng)全球采用LTE-Advanced的市場(chǎng)力量，并討論了4G蜂窩基站設(shè)備的演進(jìn)。應(yīng)用說明回顧了 3GPP Rel-12 工作項(xiàng)目以及 eNodeB 下行鏈路發(fā)射器應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)趨勢(shì)。它解釋了Rel-12在寬帶載波聚合，多層空間復(fù)用和AAS中的增強(qiáng)功能如何為4G網(wǎng)絡(luò)提供許多好處，即覆蓋范圍，容量，網(wǎng)絡(luò)利用率和峰值數(shù)據(jù)速率的改善。然而，在設(shè)計(jì)宏蜂窩eNodeB發(fā)射器時(shí)，Rel-12功能帶來了新的模擬集成挑戰(zhàn)。確切地說，設(shè)計(jì)人員需要提高發(fā)射機(jī)通道密度，并提供具有全載波頻率捷變的超寬帶性能，同時(shí)受到小尺寸、低功耗和系統(tǒng)成本降低的限制。

本應(yīng)用筆記系列的第2部分介紹了一種顛覆性的無線電解決方案，可幫助工程師塑造新的RF發(fā)射器架構(gòu)并克服Rel-12模擬集成挑戰(zhàn)。第2部分重點(diǎn)介紹產(chǎn)生單芯片無線電發(fā)射器解決方案的新型RF DAC技術(shù)。讀者將了解RF DAC技術(shù)如何為無線電工程師提供一種將尺寸縮小60%、減少75%元件數(shù)量以及將每通道工作功耗降低1000mW的方法。

審核編輯：郭婷