提高多模式MIMO接收器性能同時(shí)減小占板面積

　　摘要：充分利用DDR2 SDRAM速度快、FLASH掉電不消失、MATLAB/Simulink易產(chǎn)生矢量信號的特點(diǎn)，以FPGA為邏輯時(shí)序控制器，設計并實(shí)現了一種靈活、簡(jiǎn)單、低成本的矢量信號發(fā)生器。本文以產(chǎn)生3載波WCDMA為例，詳細介紹了矢量信號發(fā)生器的設計方案與實(shí)現過(guò)程，使用Verilog HDL描述并實(shí)現了DDR2 SDRAM的時(shí)序控制和FPGA的邏輯控制。

　　引言

　　高性能無(wú)線(xiàn)基站正在經(jīng)歷著(zhù)根本性的變化，以使高成本4G(第四代)網(wǎng)絡(luò )的部署更可接受、更有效。同時(shí)，隨著(zhù)4G網(wǎng)絡(luò )的數據傳輸速率提高到比目前的3G網(wǎng)絡(luò )高很多倍，性能要求變得越來(lái)越苛刻了。設備設計師面臨著(zhù)很多挑戰：在射頻單元中塞入很多MIMO通道;將射頻單元塞進(jìn)占板面積和體積更小的外殼中;使射頻單元易于配置，以支持任何頻帶或通信標準。

　　因此，新一代基站的外觀(guān)與過(guò)去相比有可能不同。通常稱(chēng)為RRH(遠端射頻頭)或RRU(遠端射頻單元)的小型、不受天氣影響的密封機箱將取代在發(fā)射塔底部的空調房中放置的大型設備支架。這些機箱就像一臺臺式電腦那么大，設計為安裝在發(fā)射塔的頂部，要經(jīng)受風(fēng)吹雨打。每個(gè)機箱都有大量射頻電子單元通道，但沒(méi)有基帶調制或解調處理器。而已調制信號通過(guò)多條100Gbps光纖電纜或通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)微波鏈路送進(jìn)、送出。這些信號被發(fā)送到可能相距數十公里遠的一個(gè)基站單元，并一次饋送給多個(gè)蜂窩基站。這種類(lèi)型的基站架構很容易擴展，部署時(shí)也有可能更經(jīng)濟。

　　新一代系統的另一個(gè)趨勢是能夠工作于多個(gè)頻段(在很多情況下能夠執行多模式運作)的無(wú)線(xiàn)電設備。此類(lèi)系統可以容易地利用軟件進(jìn)行配置以適應任何電信運營(yíng)商的服務(wù)要求，而不受工作頻段或使用標準的影響。

　　MIMO接收器提高網(wǎng)絡(luò )容量

　　就任何新一代基站而言，最重要的目標當然都是提供更高的數據傳輸速率，以提高容量。由于智能電話(huà)和便攜式電腦/平板電腦使用量的激增，今天的網(wǎng)絡(luò )呈現過(guò)載狀態(tài)。通過(guò)使兩個(gè)或更多的正交接收通道并行工作，MIMO收發(fā)器有助實(shí)現較高的數據速率。其數據位流被組合起來(lái)以增加有效數據速率。

　　另外，多個(gè)通道還有助于減輕無(wú)線(xiàn)接收器所遭受的衰落和多徑干擾，這些干擾會(huì )導致性能下降及數據損失。凌力爾特公司的LTC5569雙通道混頻器專(zhuān)為提供雙通道同時(shí)接收而設計(通過(guò)配置而使每個(gè)混頻器的LO由一個(gè)公用輸入來(lái)驅動(dòng))，從而保持了兩個(gè)通道的相位相干性。雖然這同樣可以通過(guò)采用兩個(gè)分立的混頻器來(lái)實(shí)現，但是將兩個(gè)混頻器均內置于單顆芯片之中可在器件之間實(shí)現一致的和好得多的匹配。這樣的一款雙通道混頻器由于允許與兩個(gè)物理上分開(kāi)的天線(xiàn)或接插元件緊密配合，因而可提供更高的信號完整性水平。于是，可實(shí)現上佳的空間分集。兩個(gè)混頻器的內部獨立LO緩沖器在兩個(gè)通道之間提供了超卓的隔離，以支持將兩個(gè)或更多的數據位流級聯(lián)成單個(gè)速率高得多的數據位流。

　　通過(guò)在與其接收相同的方向上對信號進(jìn)行波束控制，便可在MIMO實(shí)現方案中采用一個(gè)智能型天線(xiàn)。為此，兩個(gè)或更多的接收通道必須測量入射信號的角度。這就使得保持兩個(gè)通道之間的LO相位相干性成為不可或缺。

　　更大的帶寬使多模式運行得以實(shí)現

　　預計4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )不僅數據傳輸速率比目前的3G高得多，帶寬也寬得多。這就使多模式運行成為可能。無(wú)線(xiàn)行業(yè)正在將帶寬需求從40MHz推進(jìn)到65MHz，而且在有些情況下，甚至高達75MHz。這對RF工程師而言不是一項簡(jiǎn)單的任務(wù)，因為增益平坦度條件很苛刻。