提高多模式MIMO接收器性能同時減小占板面積

　　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，以FPGA為邏輯時序控制器，設(shè)計并實現(xiàn)了一種靈活、簡單、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(shè)計方案與實現(xiàn)過程，使用Verilog HDL描述并實現(xiàn)了DDR2 SDRAM的時序控制和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，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，新一代基站的外觀與過去相比有可能不同。通常稱為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(diào)房中放置的大型設(shè)備支架。這些機箱就像一臺臺式電腦那么大，設(shè)計為安裝在發(fā)射塔的頂部，要經(jīng)受風吹雨打。每個機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)制信號通過多條100Gbps光纖電纜或通過點到點微波鏈路送進、送出。這些信號被發(fā)送到可能相距數(shù)十公里遠的一個基站單元，并一次饋送給多個蜂窩基站。這種類型的基站架構(gòu)很容易擴展，部署時也有可能更經(jīng)濟。

　　新一代系統(tǒng)的另一個趨勢是能夠工作于多個頻段(在很多情況下能夠執(zhí)行多模式運作)的無線電設(shè)備。此類系統(tǒng)可以容易地利用軟件進行配置以適應(yīng)任何電信運營商的服務(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(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)。通過使兩個或更多的正交接收通道并行工作，MIMO收發(fā)器有助實現(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接收而設(shè)計(通過配置而使每個混頻器的LO由一個公用輸入來驅(qū)動)，從而保持了兩個通道的相位相干性。雖然這同樣可以通過采用兩個分立的混頻器來實現(xiàn)，但是將兩個混頻器均內(nèi)置于單顆芯片之中可在器件之間實現(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完整性水平。于是，可實現(xiàn)上佳的空間分集。兩個混頻器的內(nèi)部獨立LO緩沖器在兩個通道之間提供了超卓的隔離，以支持將兩個或更多的數(shù)據(jù)位流級聯(lián)成單個速率高得多的數(shù)據(jù)位流。

　　通過在與其接收相同的方向上對信號進行波束控制，便可在MIMO實現(xiàn)方案中采用一個智能型天線。為此，兩個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現(xiàn)

　　預(yù)計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。這就使多模式運行成為可能。無線行業(yè)正在將帶寬需求從40MHz推進到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單的任務(wù)，因為增益平坦度條件很苛刻。