文章图片
文章图片
业界普遍认为 ， 混合波束赋形将是工作在微波和毫米波频率的5G系统的首选架构 。 这种架构综合运用数字 (MIMO) 和模拟波束赋形来克服高路径损耗并提高频谱效率 。如图1所示 ， m个数据流的组合分割到n条RF路径上以形成自由空间中的波束 ， 故天线元件总数为乘积m × n 。 数字流可通过多种方式组合 ， 既可利用高层MIMO将所有能量导向单个用户 ， 也可以利用多用户MIMO支持多个用户 。
图1. 混合波束赋形框图
接下来我们将考察一个简单的大规模天线阵列示例 ， 借以探讨毫米波无线电的最优技术选择 。 现在深入查看毫米波系统无线电部分的框图 ， 可以看到一个经典超外差结构完成微波信号到数字信号的变换 ， 然后连接到多路射频信号处理路径 ， 这里主要是运用微波移相器和衰减器来实现波束赋形 。
【5G|深度分析: 帮你寻找5G毫米波天线的最优技术选择】传统上 ， 毫米波系统是利用分立器件构建 ， 导致其尺寸较大且成本较高 。 这样的系统里面的器件使用CMOS、SiGe BiCMOS和 GaAs等技术 ， 使每个器件都能得到较优的性能 。 例如 ， 数据转换器现在采用CMOS工艺开发 ， 使采样速率达到GHz范围 。 上下变频和波束赋形功能可以在SiGe BiCMOS中有效实现 。 根据系统指标要求 ， 可能需要基于GaAs功率放大器和低噪声放大器 ， 但如果 SiGe BiCMOS能够满足要求 ， 利用它将能实现较高的集成度 。
对于5G毫米波系统 ， 业界希望将微波器件安装在天线基板背面 ， 这要求微波芯片的集成度必须大大提高 。 例如 ， 中心频率为 28 GHz的天线的半波阵子间距约为5 mm 。 频率越高 ， 此间距越小 ， 芯片或封装尺寸因而成为重要考虑因素 。 理想情况下 ， 单波 束的整个框图都应当集成到单个IC中；实际情形中 ， 至少应将上下变频器和RF前端集成到单个RFIC中 。 集成度和工艺选择在某种程度上是由应用决定的 ， 在下面的示例分析中我们将体会到这一点 。
一个示例 ， 分析分析
分析『天线中心频率为28 GHz ， EIRP为60 dBm』 ， 使用如下假设条件：
⊙ 天线阵子增益 = 6 dBi（瞄准线）
⊙ 波形PAPR = 10 dB（采用QAM的OFDM）
⊙ P1dB时的功率放大器PAE = 30%
⊙ 发射/接收开关损耗 = 2 dB
⊙ 发射/接收占空比 = 70%/30%
⊙ 数据流 = 8
⊙ 各电路模块的功耗基于现有技术 。
该模型以8个数据流为基础来构建 ， 连接到不同数量的RF链 。 模型中的天线数量以8的倍数扩大 ， 最多512个元件 。
图2显示了功率放大器线性度随着天线增益提高而变化的情况 。 注意：由于开关损耗 ， 放大器的输出功率要比提供给天线的功率高2 dB 。 当给天线增加元件时 ， 方向性增益随着X轴对数值提高而线性提高 ， 因此 ， 各放大器的功耗要求降低 。
图2. 天线增益与功率放大器输出水平要求的关系
为了便于说明 ， 我们在曲线上叠加了技术图 ， 指示哪种技术对不同范围的天线元件数量最佳 。 注意：不同技术之间存在重叠 ， 这是因为每种技术都有一个适用的值范围 。 另外 ， 根据工艺和电路设计实践 ， 具体技术可以实现的性能也有一个范围 。 元件非常少时 ， 各链需要高功率PA（GaN和GaAs） ， 但当元件数量超过200时 ，P1dB降到20 dBm以下 ， 处于硅工艺可以满足的范围 。 当元件数量超过500时 ， PA性能处于当前CMOS技术就能实现的范围 。
相关经验推荐
- iphone12|外媒推荐8款最佳iPhone：帮你挑选哪款最适合你？
- 曲面屏|买手机选曲面屏还是直面屏？过来人的3点建议，帮你避开“大坑”
- OLED|宜搭小技巧｜海量数据管理难？这招帮你事半功倍
- 显卡|520送什么？华为P50 Plcket帮你展现诚意，化妆盒设计超惊
- 显示器|2000到6000元的手机到底该如何选？这份换机指南帮你精挑细选
- 小米科技|windows10桌面图标不见了，很多人都说太难了，就1招轻松帮你找回
- 摩托罗拉|2-3K手机还不知道怎么选？网友帮你挑好了：这三款可以闭眼入
- 华为手机|四月份新机哪款好？每款优缺点我都帮你列好了，肯定能选到满意的
- Windows|Windows上的良心国产应用，我又帮你找到了4款
- Python|iPhone13又降价了，现在该买iPhone13还是等14，我帮你分析好了