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亚德诺新闻
用于实现O-RAN无线解决方案的5G技术器件(二)
发布时间:2022-05-05        浏览次数:2414        返回列表
 

变送器信号链示例

将ADRV9029和合适的RF驱动放大器,或RFVGA组合使用时(访问analog.com/rf了解更多选项),可以轻松构建合适的PA、紧凑的室内微微蜂窝、室外微微蜂窝或室外微蜂窝5。这些5G技术器件与几个无源元件组合,就可以构成非常紧凑且高效的变送器设计,如图6中的信号链所示。此架构的关键优势在于可能达到的高水平集成,通过使用所选的ADI收发器具备的集成式DPD功能,不但可以实现极低的实施成本,还能使功耗降至。

如图6所示,小型蜂窝变送器系列由环形器、PA、滤波器和收发器组成。此外,电路的PA输出端中包含一个耦合器,用于监测输出失真(也可以用于监测天线的VSWR和正向功率),可以配合DPD使用,以改善发送功能的运行效率,以及改善杂散性能。虽然可以使用外部DPD,但选择的ADI收发器包含完全集成的DPD,该DPD采用350 mW或更低的增量功率,具体由给定的PA所需的校正量决定。低功率PA需要进行的校正较少,所以DPD消耗的功率更低。此外,由于DPD的带宽扩展完全在收发器内部进行,观察接收器SERDES路径被完全取消,变送器有效载荷降低,使得集成式DPD将SERDES路径的数量降低至外部基带芯片的一半。FPGA中的等效DPD通常具有10倍以上的功率,对于低功耗小型蜂窝和大规模MIMO来说是无效或低效的。但是,通过将DPD集成到收发器中,非常低的功耗和低成本使得DPD能被用于低功耗小型蜂窝中,可以在不增加外部计算负担的情况下提高效率和变送线性度。

图7和图8显示ADI的DPD用于低功耗和中功耗小型蜂窝应用的示例。图示的激励源是针对5个相邻的20 MHz LTE载波,总共100 MHz。一般来说,LTE要求达到45 dB ACLR,大多数部署都可以超过此值。ADI运行一个连续测试实验室,始终会检查所有功率等级的新PA。查看功率放大器测试报告,或咨询工厂,获取ADI提供的可用的DPD技术的信息,以及最近通过测试的PA的列表。

ADI技术文章图6 - 用于实现O-RAN无线解决方案的5G技术器件 

图6.变送器信号链详情

ADI技术文章图7 - 用于实现O-RAN无线解决方案的5G技术器件
图7.带和不带DPD的典型PA频谱,RF总和为26 dBm

ADI技术文章图8 - 用于实现O-RAN无线解决方案的5G技术器件
图8.带和不带DPD的典型PA频谱,RF总和为37 dBm

 

它们如何组合使用?

图9显示完整的信号链,其中包括一些所需的控制信号。为了提高功效,该电路包含变送和接收信号功能,以在各自的周期内为TDD启用和禁用放大器。同样,它可与FDD配合使用,在插槽未使用时关断电源,以节省功率。还需要使用LNA开关来更改LNA上的输入开关,以将返回的变送功率分流至端电极,而不是分流至内核放大器输入。这些不同的信号可以由ASIC、FPGA或收发器生成和编配。

接收器信号链包括一个可以相应改变数字数据流的函数,以说明模拟增益降低的原因,在信号发送至低PHY,然后发送至基带下游其他部分时保持信号电平。

此处所示的应用适用于单频段。虽然收发器使用宽带且覆盖至高达6 GHz的所有频率,但并非设计中的所有器件都是如此。LNA和PA这类器件通常使用频段,需要根据支持的频段进行选择。通常情况下,这些器件在引脚兼容选项中提供,覆盖6 GHz以下的所有常用频段,且易于扫描。如此,可以支持所有的常用TDD和FDD频段,包括用于5G和提议用于O-RAN的频段。

 

时钟树

根据配置,可以使用几种不同的时钟配置。如果需要的时间校准,则需要使用2级时钟合成。级是通过ASIC、FPGA或控制器连接至基带,以准确计时和校准无线电数字化功能。此应用要求通过前传网路或本地GPS接收器来处理提供的时间协议(PTP)信息。如此确保无线电和基带处理器知道应对无线电帧实施处理的准确时间。

AD9545系列非常适合用于准确调节无线电的主时钟的频率、相位和时间。其优点在于,可以配置为在无参考时钟的情况下临时运行,且在与TCXO(温度补偿晶体振荡器)或OCXO(恒温晶体振荡器)耦合之后,且在参考时钟出现故障或断续的情况下保持精度。

对于无需准确的时间校准的配置,或者作为校准的第二级,需要使用时钟分配器件。分配器件的作用在于,为整个无线电生成时钟范围。这包括JESD、eCPRI、以太网、SFP所需的范围,以及整个无线电的其他关键信号所需的范围。AD9528提供14种不同速率的低抖动时钟,包括支持JESD204B/JESD204C器件时钟和SYSREF信号功能。

2级时钟框图如图10所示。对于无需准确校准时间的应用,可以去掉或旁路AD9545,仅使用AD9528。系统的输入时钟来自于基本的网络定时,由以太网功能块或FPGA中的基带和网络功能恢复,具体由实际架构决定。可以根据无线电的具体要求选择多种备用配置,此处只显示一种表示方法。

ADI技术文章图9 - 用于实现O-RAN无线解决方案的5G技术器件 

图9.完整的收发器信号链

ADI技术文章图10 - 用于实现O-RAN无线解决方案的5G技术器件
图10.时钟树示例

 

功率

功耗是由多种因素决定的。这些因素包括选择的FPGA、采用的功能、选择的收发器、启用的选项、所需的时钟树,以及生成的RF功率。

实施O-RAN CUS和M面处理的典型中等范围FPGA SoC,加上与IEEE 1588 v2 PTP堆栈同步,会消耗约15 W。典型的ADRV9029收发器会消耗5 W至8 W,由TDD或FDD配置,以及启用的DFE功能的范围决定。为此,必须增加时钟功率、接收器功率、变送器功率,以及其他功率。表2显示系统(不包括变送器链)的功耗总和示例,功率输出等级不同时,该值存在很大差异。

将无线电的功耗相加,Tx:Rx在70:30占空比下的总功耗为26 W至29 W,具体由实际采用的无线电配置决定(不包括与PA相关的功耗)。表3显示少数几个PA功耗示例。由于PA主要在AB类晶体管的线性范围内工作,所以它们的效率在20%到50%之间。在这个范围内,集成式DPD大有优势。即使对于小带宽、低功耗PA,几十mW的DPD功耗也会抵消PA效率的改进。

表2.预算功耗

QQ截图20220505132803

表3.变送功耗

QQ截图20220505132821

对于低功耗小型蜂窝,增加约2.5 W额外功率会让总功耗增加至约30 W,对于由PoE解决方案供电的无源冷却室内小型蜂窝非常合适。

一种潜在的PoE解决方案如图11所示。该解决方案包括LT4321桥控制器,它使得MOS晶体管可以用作理想的二极管,而不是整流器,其优点在于可以大幅提高效率。其后接LT4295,这是一个符合802.3bt标准的PD器件。还可以后接合适的本地稳压器,以满足之前的表中所示的要求,按照需要提供高达90+ W的功率。

ADI技术文章图11 - 用于实现O-RAN无线解决方案的5G技术器件 

图11.PoE隔离式小型蜂窝电源解决方案

除了PoE转换器件外,还可以使用许多其他器件来支持小型蜂窝参考设计。其中包括基础器件,例如ADP5054系列,该系列专用于为ADI收发器、许多其他降压转换器和低噪声LDO稳压器供电,如图12所示。

 

选项

这个无线电架构的一大优点是:它非常灵活,可以满足多种市场需求。此架构针对多种应用进行优化,包括FDD和TDD。它可以在低、中和高频段内保持高性能,非常适合小型蜂窝到大规模MIMO平台。可以在变送器和接收器电路中进行不同的权衡取舍,以优化成本、尺寸、重量和功率。虽然本部分侧重于更高的性能和集成,但可以通过选择稍微不同的选项,做出可以改善成本的取舍。

例如,一些低功耗PA不需要使用驱动放大器,可以不要求配备。对于许多小型蜂窝应用来说,RF功率都较低,所以可以使用简单的TR开关来替代环形器。最后,如果只需要局域性能,可以使用简单的单级LNA来替换双级LNA。结果是,成本更低的选项仍然能够提供不错的无线电性能。实例如图13所示。还可以使用许多其他排列,在广泛的频率和功率选项内,满足多种可能。

ADI技术文章图12 - 用于实现O-RAN无线解决方案的5G技术器件 

图12.适用于小型蜂窝应用的典型功率树

ADI技术文章图13 - 用于实现O-RAN无线解决方案的5G技术器件
图13.备用的收发器信号链

ADI技术文章图14 - 用于实现O-RAN无线解决方案的5G技术器件
图14.5G原型平台,包括可重新选择频段的RF前端

 

结论

本文所述的5G技术器件适用于通信应用,支持实现适合5G开发的低成本器件,尤其是实现O-RAN O-RU解决方案的器件。其中包括来自RadioVerse系列的器件、RF放大器、时钟恢复/同步,以及以太网供电/负载点调节。这些高度集成的器件组合可用于实现5G小型蜂窝、宏蜂窝、微蜂窝和大规模MIMO应用。

与FPGA、eASIC或ASIC中提供的合适的PHY和软件组合使用时,可以开发完整的O-RU解决方案,如图14所示。此解决方案是与Intel®、Comcores和Whizz Systems等合作伙伴共同开发的。这些解决方案不仅满足所需的RF特性,而且满足部署低成本、高性能O-RAN平台所需的成本和功率预算。

 

来源

1 ftp://ftp.3gpp.org/specs/latest/Rel-15/38_series/

2 O-RAN联盟

3 O-RAN: 朝向开放和智能的RAN发展。”O-RAN联盟,2018年10月。

4 Brad Brannon。 “零中频的优势:PCB尺寸减小50%,成本降低三分之一。”《模拟对话》,第50卷第3期,2016年9月。

5 规格。 O-RAN联盟

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