數(shù)字無(wú)線電前端策略為小型蜂窩基站帶來(lái)改變

小型蜂窩基站已成為無(wú)線數(shù)據(jù)泛濫的救世主，能夠幫助大幅提升3G及4G無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的容量，這已不是什么秘密了。雖然讓這些異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮功能的行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)和算法已經(jīng)基本出爐，但在將小型蜂窩基站解決方案投入實(shí)際應(yīng)用之前，還需要消除功耗、性能以及成本阻礙。基站制造商傾向于重點(diǎn)關(guān)注小型蜂窩基帶片上系 統(tǒng)(SoC)的性能特點(diǎn)?；鶐oC軟硬件確實(shí)能對(duì)小型蜂窩解決方案性能產(chǎn)生重大影響，但設(shè)計(jì)的數(shù)字無(wú)線電前端部分也同樣可能有明顯影響，這往往被忽視。本白皮書(shū)以小型蜂窩基站的數(shù)字前端部分為重點(diǎn)，深入探討在實(shí)現(xiàn)小型蜂窩所需性能與功耗目標(biāo)時(shí)發(fā)揮重要作用的設(shè)計(jì)要素。

數(shù)字前端技術(shù)概覽

蜂窩基站無(wú)線電的空中接口需要必要的數(shù)字、模擬以及RF信號(hào)處理組件，來(lái)準(zhǔn)備供發(fā)送的調(diào)制采樣，或從天線接收信號(hào)提取調(diào)制數(shù)據(jù)。

除了為模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供接口(LVDS/LVCMOS或JESD204A/B串行解串器)外，數(shù)字前端模塊還可執(zhí)行各種重要功能，其可大致分為兩類：

1. 通道化與再采樣功能——對(duì)任何類型的基站(微型蜂窩或宏蜂窩)、時(shí)分雙工(TDD)或頻分雙工(FDD)、3G或4G而言，這些都是需要執(zhí)行的必要信號(hào)處理功能

* 載波濾波符合頻譜發(fā)射掩模及頻譜泄漏要求，含根升余弦濾波(RRC)和/或線性通道均衡。

* 調(diào)諧與通道聚合/分配 — 為多載波和/或多標(biāo)準(zhǔn)基站的基礎(chǔ)。

* 增益、相位、延遲調(diào)節(jié)與功率測(cè)量功能

2. 功率放大器(PA)線性化與RF減損校正功能——這些是真正意義上的可選項(xiàng)，但往往又因系統(tǒng)效率及成本要求而成為必需。每個(gè)模擬／RF組件在其最佳工作點(diǎn) 上(最佳效率、最佳動(dòng)態(tài)范圍、最佳噪聲指標(biāo))都存在某些減損(群延遲、非線性失真、增益／相位失衡)，這些減損可通過(guò)數(shù)字預(yù)／后處理進(jìn)行校正。適用于減損 校正的一些主要算法包括：

* 振幅因數(shù)降低 — 用于限制信號(hào)峰值與平均功率之比，降低PA峰值功率與線性要求，進(jìn)而降低系統(tǒng)成本

* 數(shù)字預(yù)失真 – 用于改善系統(tǒng)線性度，提升PA工作效率，從而可降低系統(tǒng)成本(CAPEX) 與運(yùn)行開(kāi)銷(OPEX)

* I/Q失真與DC失調(diào)/LO-泄漏校正 — 是實(shí)現(xiàn)零IF系統(tǒng)架構(gòu)的要件，可幫助降低系統(tǒng)成本，提高靈活性。
集成在新一代TI KeyStone II SoC中的業(yè)界一流DFE功能

對(duì)于優(yōu)化型雙模式、雙頻帶小型蜂窩解決方案(TCI6630K2L)等基于KeySTone II架構(gòu)的新一代德州儀器(TI) SoC而言，集成型數(shù)字前端無(wú)線電技術(shù)模塊是重要的新增元件。以下是一些主要元件的簡(jiǎn)介。

DDUC — 多數(shù)字上/下變頻轉(zhuǎn)換器模塊(如圖1所示的DDUC)可采用單頻帶或多頻帶頻率配置，支持各種信號(hào)類型(W-CDMA、LTE-5MHz、LTE- 10MHz以及LTE-20MHZ等)，能夠高度靈活地將BTS從單模模式3G/4G重新配置為混合模式3G/4G信號(hào)，反過(guò)來(lái)也是可以的。另外還支持高 度靈活的寬載波分離，可實(shí)現(xiàn)頻帶間及頻帶內(nèi)載波聚合。由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(Het-Net)策略在未來(lái)幾年將不斷演進(jìn)，所以在載波類型、信號(hào)帶寬以及頻帶間切換 的高靈活性是極為重要的。

CFR — TI CRF模塊中的業(yè)界一流算法包括各種高級(jí)特性，如支持分?jǐn)?shù)峰值估算與過(guò)抵消限制功能的多級(jí)峰值抵消、根據(jù)信號(hào)頻譜內(nèi)容監(jiān)控對(duì)CRF抵消脈沖形狀的自動(dòng)估算、動(dòng)態(tài)閾值調(diào)整以及自動(dòng)增益控制環(huán)路等。

圖1：TI基帶SoC(基于KeyStone II、具有集成型數(shù)字無(wú)線電功能)方框圖

DPD — 使用優(yōu)化Volterra模型實(shí)施PA預(yù)反轉(zhuǎn)的高級(jí)數(shù)據(jù)路徑是TI DPD模塊的必要部件。Volterra系數(shù)通常使用各種最小平方數(shù)算法(共軛梯度Kalman等)反復(fù)改編，其可在運(yùn)行在高性能浮點(diǎn)DSP或ARM內(nèi)核 上的軟件中實(shí)施，能夠提供更多硬件加速選項(xiàng)加快迭代速度。

TXRX — TI TX/RX模塊中實(shí)施的新穎聯(lián)合I/O失真與DC偏移/LO泄漏校正技術(shù)(能夠與集成型模擬/RF收發(fā)器解決方案AFE750x配合)如圖2所示，可通過(guò) 在模擬域中引入相位旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端I/O失衡的分離。由于相位旋轉(zhuǎn)對(duì)發(fā)送端與接收端I/O失衡的效果不同，因此其不但可使用高級(jí)數(shù)字算法分離失 真效果，而且還支持預(yù)補(bǔ)償(在發(fā)送器上)或后補(bǔ)償(在接收器上)。將實(shí)時(shí)自適應(yīng)最小平方數(shù)盲算法或?qū)崟r(shí)自適應(yīng)最小平方數(shù)校準(zhǔn)算法與頻率相關(guān)或頻率無(wú)關(guān)補(bǔ)償 相搭配，可實(shí)現(xiàn)最佳信號(hào)SNR與發(fā)射掩模合規(guī)性。

圖2：TX/RX I/Q失真綜合抵消技術(shù)

除此之外，TI數(shù)字無(wú)線電模塊還包括其他功能，如前端及后端自動(dòng)增益控制環(huán)路(AGC) 以幫助最大限度提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器效率，降低基帶處理過(guò)程中所需的動(dòng)態(tài)范圍；發(fā)送／接收均衡器以補(bǔ)償模擬/RF濾波器固定偏差與相位失真效應(yīng)；以及數(shù)字保護(hù)功 能以限制信號(hào)偏移，防止損壞PA及相關(guān)電路。這對(duì)任何BTS收發(fā)器設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)都是深受歡迎的附加功能，只需使用低成本集成數(shù)字邏輯花銷，就可實(shí)現(xiàn)顯著的性能 提升及RF/模擬組件的成本降低。

業(yè)界一流的TI分立及集成型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、RF、時(shí)鐘器件以及BB SoC現(xiàn)在支持 JESD204B的0子類及1子類接口，可實(shí)現(xiàn)理想的電路板設(shè)計(jì)，支持快速系統(tǒng)啟動(dòng)。

最后一點(diǎn)也非常重要，TI經(jīng)過(guò)測(cè)試的生產(chǎn)就緒型集成平臺(tái)軟件不僅支持基帶處理，也支持DDC/DUC、CFR與DPD庫(kù)以及模擬/RF控制等數(shù)字無(wú)線電處理，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組件的快速集成以及迅速投入生產(chǎn)。

如圖3所示，TI支持集成型數(shù)字前端技術(shù)的基帶SoC(TCI6630K2L)與TI集成型無(wú)線電收發(fā)器解決方案(AFE750x)及其它TI時(shí) 鐘、電源、RF器件緊密結(jié)合，再加上生產(chǎn)就緒型軟件，可實(shí)現(xiàn)高性能小型蜂窩解決方案，實(shí)現(xiàn)可滿足PoE要求的最佳功耗、低BOM成本、快速上市進(jìn)程以及支 持不斷演進(jìn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)策略的高靈活性。

圖3：TI小型蜂窩系統(tǒng)解決方案

TI高靈活性小型蜂窩SoC支持業(yè)界一流的集成線性化解決方案，不但可在各種不同級(jí)別的小型蜂窩中實(shí)現(xiàn)最理想的系統(tǒng)成本與功耗，而且還可為滿足未來(lái)發(fā)展需求提供一條易于升級(jí)的捷徑。