無論是屏幕尺寸的變化、處理性能的提升，還是拍照效果的突破等，如今每一款新的智能手機（稱為用戶設備（UE））推向市場，常常吸引眼球并占據新聞頭條。從to B端的角度出發，智能手機的發展伴隨著幾代無線通信標準的更迭，如3G、4G，以及即將到來的5G，無線電接入網絡（RAN）的基礎設施基站（eNode B）也歷經嬗變。雖遠沒有消費電子那么熱鬧，但正是這兩者的同步發展，才成就了如今互連世界的數據洪流。

據IHS Markit最近發布的移動基礎設施市場分析報告，2018年全球2G／3G／4G和5G基礎設硬件總收入將達到497億美元。在LTE升級和5G開始部署的驅動下，2018年第三季度全球移動基礎設施硬件收入表現強于去年同期。LTE繼續在全球范圍內擴張，其全球普及率持續上升，這為未來幾年基礎設施硬件、如基站的市場帶來了利好。

面對通信數據洪流，多頻段無線電與頻譜如何利用？

從GSM到LTE，蜂窩頻段的數量從4個增加到40個以上、暴增了10倍。隨著LTE網絡的出現，基站供應商發現無線電變化形式倍增。LTE－A提高了多頻段無線電的要求，在混頻中增加了載波聚合，使得同一頻段內（更重要的是不同頻段內）的非連續頻譜可以在基帶調制解調器中聚合為單一流。

頻譜稀疏是通信業界的共識，圖1顯示了幾個載波聚合頻段組合，突出說明了這一問題。綠色是帶間間隔，紅色是目標頻段。信息理論要求系統不應浪費功率去轉換不需要的頻譜。多頻段無線電需要有效的手段來轉換模擬和數字域之間的稀疏頻譜。

圖1：非連續頻譜的載波聚合突出說明了頻譜稀疏問題

對此，ADI公司系統工程師John Oates表示：“為了增加數據吞吐量，現代基站無線電設計必須通過多頻段載波聚合來獲得更多的頻譜帶寬。而RF數據轉換器可使用全部6 GHz以下蜂窩頻譜，并快速重新配置以適應不同頻段組合。這一類頻率捷變直接RF架構可縮減成本、尺寸、重量和功耗，使得RF DAC發射機和RF ADC DPD接收機成為6 GHz以下多頻段基站的首選架構。”

基站無線電架構正處變革，發射機演變為直接RF

為了應對4G 、5G網絡的需求，廣域基站的無線電架構正不斷升級。帶混頻器和單通道數據轉換器的超外差窄帶IF采樣無線電已被復中頻（CIF）和零中頻（ZIF）等帶寬加倍的I／Q架構所取代。但是，ZIF和CIF收發器需要模擬I／Q調制器／解調器，其采用雙通道和四通道數據轉換器，同時也會遭受LO泄漏和正交誤差鏡像的影響，必須予以校正。所幸，采樣速率的提高帶來了超寬帶寬的GSPS RF轉換器，使得頻率捷變軟件定義無線電最終成為現實。

圖2：無線射頻架構不斷演變以適應日益增長的帶寬需求，進而通過SDR技術變得更具頻率捷變性

據ADI技術專家介紹，6 GHz以下BTS架構的終極形態或許就是直接RF采樣和合成。直接RF架構不再需要模擬頻率轉換器件，例如混頻器、I／Q調制器和I／Q解調器，這些器件本身就是許多干擾雜散信號的來源。相反，數據轉換器直接與RF頻率接口，任何混頻均可通過集成數字上／下變頻器（DUC／DDC）以數字方式完成。

同時，多頻段效率增益以精密DSP的形式出現，其已包含在ADI最新推出的RF轉換器中，可以僅對需要的頻段進行數字通道化，同時支持使用全部RF帶寬。利用集內插／抽取上／下采樣器、半帶濾波器和數控振蕩器（NCO）于一體的并行DUC或DDC，可以在模擬和數字域相互轉換之前對目標頻段進行數字化建構／解構。

并行數字上／下變頻器架構允許用戶對多個所需頻段（圖1中以紅色顯示）進行通道化，而不會浪費寶貴的周期時間去轉換未使用的頻段 （圖1中以綠色顯示）。高效率多頻段通道化具有降低數據轉換器采樣速率要求的效果，并能減少通過JESD204B數據總線傳輸所需的串行通道數量。降低系統采樣速率可降低基帶處理器的成本、功耗和散熱管理要求，從而節省整個基站系統的資本支出（CAPEX）和運營支出（OPEX）。

利用ADI RF轉換器，造一個帶DPD接收機的直接RF發射機

在新一代多頻段BTS無線電中，RF DAC已成功取代了IF DAC。事實上，ADI公司基于SiGe ＆ 28nm CMOS工藝打造的兩款微波5G前端系統解決方案——高速模數轉換器AD9208與高速數模轉換器AD9172，為下一代寬帶軟件定義系統樹立了新的性能基準。以基于ADI公司的16位12 GSPS RF DAC——AD9172打造的直接RF發射機為例，其利用三個并行DUC支持三頻段通道化，允許在1200 MHz帶寬上靈活地放置副載波。在RF DAC之后，選用ADI公司的高性能數字增益放大器ADL5335提供12 dB的增益和31.5 dB的衰減范圍，最高支持4 GHz。根據eNode B的輸出功率要求，這一直接RF發射機的輸出可以驅動所選功率放大器。

圖3：基于ADI公司RF DAC——AD9172構建直接RF發射機

考慮圖4所示的頻段3和頻段7情形，可進一步通過寬帶方法將數據流直接轉換為RF。這一方法是不經通道化而合成頻段，要求1228.8 MHz的數據速率。此帶寬的80％產生983.04 MHz的DPD（數字預失真）合成帶寬，足以傳輸兩個頻帶及其740 MHz的頻帶間隔。 ADI技術專家指出，該方法對DPD系統有好處，不僅可以對每個單獨載波的帶內IMD進行預失真，還能對所需頻帶之間的其他無用非線性發射進行預失真，對于系統設計十分具有吸引力。

圖4：雙頻段情形：頻段3（1805 MHz至1880 MHz）和頻段7（2620 MHz至2690 MHz）

同時，AD9172搭配AD9208使用，可構建直接RF架構的DPD觀測接收機。ADI公司14位3 GSPS RF ADC——AD9208，支持通過并行DDC進行多頻段通道化；基于其構建的發射機DPD子系統中RF DAC和RF ADC組合有許多優點，包括共享轉換器時鐘、相關相位噪聲消除以及系統整體的簡化。其中一個簡化是，集成PLL的AD9172能夠從低頻參考信號生成高達12 GHz的時鐘，而無需在無線電電路板周圍布設高頻時鐘。此外，RF DAC可以輸出其時鐘的相位相干分頻版本供反饋ADC使用。此類系統特性支持創建優化的多頻段發射機芯片組，從而真正增強BTS DPD系統。

圖5：基于ADI公司RF ADC——AD9208構建用于數字預失真的直接RF觀測接收機