摘要

為了支持不斷增長的無線數據需求，現代基站無線電設計被設計為支持多個E-UTRA頻帶以及載波聚合技術。這些多頻段無線電采用下一代GSPS RF ADC和DAC，可實現頻率捷變，直接RF信號合成和采樣技術。為了應對RF無線頻譜的稀疏性質，復雜的DSP用于有效地處理數據比特到RF并再次返回。一個示例直接RF發射器被描述用于多頻帶應用，考慮DSP配置和功率與帶寬的關閉。

簡介 - 10年，10個頻段，100倍數據速率

智能手機革命開始已經10年了，當時Apple發布了原版iPhone ? 2007年。后來的10年和兩代無線標準 - 很多都發生了變化。也許沒有像標題抓住消費者智能手機（稱為用戶設備（UE））一樣迷人，無線接入網絡（RAN）的基礎設施基站（eNodeB）經歷了自己的轉型，使我們現在連接的數據泛濫世界。蜂窩頻段增加了10倍，而數據轉換器采樣率增加了100倍。這給我們帶來了什么？

多頻段無線電和頻譜的有效利用

從2G GSM到4G LTE，蜂窩頻段的數量已經爆炸10倍-from隨著LTE網絡的出現，基站供應商發現自己的無線電變種倍增。 LTE-advanced通過向混合添加載波聚合來增加多頻帶無線電的要求，從而在同一頻帶內或更重要的是，在不同頻帶內的非連續頻譜可以作為單個流在基帶調制解調器中聚合。

但是，RF頻譜很稀疏。圖1顯示了幾個載波聚合頻帶組合，突出了稀疏頻譜問題。綠色是帶間間距，紅色是感興趣的帶。信息理論規定系統不會浪費功率來轉換不需要的頻譜。需要具有在模擬域和數字域之間轉換稀疏頻譜的有效手段的多頻帶無線電。

基站發射機演進到直接射頻

為了促進4G LTE網絡的數據消耗增加，廣域基站經歷了無線電架構的演變。具有混頻器和單通道數據轉換器的超外差，窄帶，IF采樣無線電已被基于I / Q的架構所取代，這種架構將帶寬加倍，例如復合IF（CIF）和零IF（ZIF）。 ZIF和CIF收發器需要具有雙通道和四通道數據轉換器的模擬I / Q調制器/解調器。但是，這些帶寬較寬的CIF / ZIF收發器也會出現必須糾正的LO泄漏和正交誤差圖像。

幸運的是，數據轉換器采樣率在過去10年中也增加了30倍至100倍，從2007年的100 MSPS增加到2017年的10 GSPS +。采樣率的提高帶來了帶寬非常寬的GSPS RF轉換器，使頻率敏捷軟件定義無線電最終成為現實。

也許，6 GHz以下無線電BTS的圣杯架構長期以來一直是射頻采樣和合成。直接RF架構消除了對模擬頻率轉換設備的需求，例如混頻器，I / Q調制器和I / Q解調器，它們本身是許多不需要的雜散信號的來源。相反，數據轉換器直接與RF頻率接口，任何混合都可以通過集成的數字上/下變頻器（DUC / DDC）進行數字化。

多頻帶效率增益來自ADI公司的復雜DSP RF轉換器，允許僅對所需頻譜帶進行數字信道化，同時提供對全RF帶寬的訪問。使用并行DUC或DDC，其結合內插/抽取上/下采樣器，半帶濾波器和數控振蕩器（NCO），感興趣的頻帶可在模擬和數字轉換之前進行數字構建/解構域并行。

并行數字上變頻器或下變頻器架構允許您對所需頻譜的多個頻段進行信道化（圖1中以紅色顯示），而不會浪費寶貴的周期來轉換未使用的頻段間頻譜（如圖1中的綠色所示） ）。高效的多頻帶信道化具有降低數據轉換器所需采樣率的作用，以及通過JESD204B數據總線傳輸所需的串行通道數。降低系統采樣率可降低基帶處理器的成本，功耗和熱管理要求，從而節省總基站系統的CAPEX和OPEX。事實上，在高度優化的CMOS ASIC工藝中實現通道化DSP比在通用FPGA架構中實現的功率效率要高得多 - 即使FPGA的幾何尺寸較小。

帶DPD接收器的直接射頻發射器：示例

RF DAC成功地取代了下一代多頻段BTS無線電中的IF DAC。圖3顯示了一個示例直接RF發送器，帶有AD9172,16位，12 GSPS RF DAC，支持三頻段信道化和三個并行DUC，允許在1200 MHz帶寬內靈活放置子載波。在RF DAC之后，ADL5335 Tx VGA提供12 dB的增益和31.5 dB的衰減范圍，最高可達4 GHz。然后，此DRF發射器的輸出可以根據eNodeB的輸出功率要求驅動選擇的功率放大器。

考慮圖4中所示的Band 3和Band 7場景。可以采用兩種不同的方法將數據流直接轉換為RF。第一種方法（寬帶方法）將在沒有信道化的情況下合成頻帶，需要1228.8MHz的數據速率。該帶寬的80％產生983.04MHz的DPD（數字預失真）合成帶寬，足以傳輸兩個頻帶及其740MHz的帶間間隔。這種方法的優點是DPD系統，它不僅可以預測每個載波的帶內IMD，還可以預期所需頻帶之間的其他不需要的非線性發射。

第二種方法是合成這些頻段的通道化版本。由于每個頻帶分別只有60 MHz和70 MHz，并且由于運營商只擁有該帶寬子集的許可證，因此無需傳輸所有內容并產生高數據速率。相反，讓我們使用更合適，更低的153.6 MHz數據速率，其中80％導致DPD帶寬為122.88 MHz。如果運營商擁有每個頻段20 MHz的許可證，則仍然有足夠的DPD帶寬用于每個頻段的帶內IMD的5 th 階校正。該模式可以通過上述寬帶方法在DAC中節省高達250 mW的功率，并在基帶處理器中實現更多的功耗/散熱，并減少串行通道數，從而實現更小，更低成本的FPGA / ASIC實現。 / p>

DPD的觀測接收機也已演變為DRF（直接射頻）架構。 AD9208是一款14位，3 GSPS RF ADC，還支持通過并行DDC進行多頻段通道化。發送器DPD子系統中的RF DAC和RF ADC的組合具有許多優點，包括共享轉換器時鐘，相關相位噪聲消除以及系統的整體簡化。其中一個簡化就是AD9172 RF DAC及其集成PLL能夠從低頻參考信號產生高達12 GHz的時鐘，無需在無線電板周圍布設高頻時鐘。此外，RF DAC可以為反饋ADC輸出其時鐘的相位相干分頻版本。這種系統功能通過創建優化的多頻帶發射器芯片組真正增強了BTS DPD系統。

摘要

智能手機革命十年后，手機業務就是數據吞吐量。單頻段無線電無法滿足消費者的容量需求。為了提高數據吞吐量，必須通過多個波段的載波聚合來獲得更多的頻譜帶寬。 RF數據轉換器可以訪問整個6GHz以下的蜂窩頻譜，可以快速重新配置各種頻段組合，使軟件定義的無線電成為現實。這些頻率捷變的直接RF架構降低了成本，尺寸，重量和功耗。這一事實使得RF DAC發射器和RF ADC DPD接收器成為亞6 GHz多頻段基站的首選架構。