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(hào)的特點(diǎn)，以FPGA為邏輯時(shí)序控制器，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種靈活、簡單、低成本的矢量信號(hào)發(fā)生器。本文以產(chǎn)生3載波WCDMA為例，詳細(xì)介紹了矢量信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)過程，使用Verilog HDL描述并實(shí)現(xiàn)了DDR2 SDRAM的時(shí)序控制和FPGA的邏輯控制。

　　引言

　　高性能無線基站正在經(jīng)歷著根本性的變化，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4G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率提高到比目前的3G網(wǎng)絡(luò)高很多倍，性能要求變得越來越苛刻了。設(shè)備設(shè)計(jì)師面臨著很多挑戰(zhàn)：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(biāo)準(zhǔn)。

　　因此，新一代基站的外觀與過去相比有可能不同。通常稱為RRH(遠(yuǎn)端射頻頭)或RRU(遠(yuǎn)端射頻單元)的小型、不受天氣影響的密封機(jī)箱將取代在發(fā)射塔底部的空調(diào)房中放置的大型設(shè)備支架。這些機(jī)箱就像一臺(tái)臺(tái)式電腦那么大，設(shè)計(jì)為安裝在發(fā)射塔的頂部，要經(jīng)受風(fēng)吹雨打。每個(gè)機(jī)箱都有大量射頻電子單元通道，但沒有基帶調(diào)制或解調(diào)處理器。而已調(diào)制信號(hào)通過多條100Gbps光纖電纜或通過點(diǎn)到點(diǎn)微波鏈路送進(jìn)、送出。這些信號(hào)被發(fā)送到可能相距數(shù)十公里遠(yuǎn)的一個(gè)基站單元，并一次饋送給多個(gè)蜂窩基站。這種類型的基站架構(gòu)很容易擴(kuò)展，部署時(shí)也有可能更經(jīng)濟(jì)。

　　新一代系統(tǒng)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(zhí)行多模式運(yùn)作)的無線電設(shè)備。此類系統(tǒng)可以容易地利用軟件進(jìn)行配置以適應(yīng)任何電信運(yùn)營商的服務(wù)要求，而不受工作頻段或使用標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)當(dāng)然都是提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，以提高容量。由于智能電話和便攜式電腦/平板電腦使用量的激增，今天的網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)過載狀態(tài)。通過使兩個(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(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率。其數(shù)據(jù)位流被組合起來以增加有效數(shù)據(jù)速率。

　　另外，多個(gè)通道還有助于減輕無線接收器所遭受的衰落和多徑干擾，這些干擾會(huì)導(dǎo)致性能下降及數(shù)據(jù)損失。凌力爾特公司的LTC5569雙通道混頻器專為提供雙通道同時(shí)接收而設(shè)計(jì)(通過配置而使每個(gè)混頻器的LO由一個(gè)公用輸入來驅(qū)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采用兩個(gè)分立的混頻器來實(shí)現(xiàn)，但是將兩個(gè)混頻器均內(nèi)置于單顆芯片之中可在器件之間實(shí)現(xiàn)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)物理上分開的天線或接插元件緊密配合，因而可提供更高的信號(hào)完整性水平。于是，可實(shí)現(xiàn)上佳的空間分集。兩個(gè)混頻器的內(nèi)部獨(dú)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(shù)據(jù)位流級(jí)聯(lián)成單個(gè)速率高得多的數(shù)據(jù)位流。

　　通過在與其接收相同的方向上對(duì)信號(hào)進(jìn)行波束控制，便可在MIMO實(shí)現(xiàn)方案中采用一個(gè)智能型天線。為此，兩個(gè)或更多的接收通道必須測量入射信號(hào)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(yùn)行得以實(shí)現(xiàn)

　　預(yù)計(jì)4G無線網(wǎng)絡(luò)不僅數(shù)據(jù)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(yùn)行成為可能。無線行業(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(dá)75MHz。這對(duì)RF工程師而言不是一項(xiàng)簡單的任務(wù)，因?yàn)樵鲆嫫教苟葪l件很苛刻。