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用于移動寬帶基礎(chǔ)設(shè)施的新一代無線電數(shù)字前端解決

作者: 時間:2012-09-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

網(wǎng)絡(luò)運營商在通過使用新型空中接口、更高帶寬和更多蜂窩基站努力擴大網(wǎng)絡(luò)容量的同時,要求顯著地降低設(shè)備成本。為提供能夠滿足所有這些需求的設(shè)備,設(shè)施設(shè)備的制造商正在尋求具有更高集成度、更低功耗和成本但靈活性更高的解決。本文將分析賽靈思提供的新型器件Zynq™可擴展處理平臺(EPP)將如何幫助設(shè)備制造商解決這些問題。

智能電話、平板電腦和數(shù)據(jù)集線器的普及正推動無處不在的高速數(shù)據(jù)需求呈爆發(fā)式增長。為提供這種數(shù)據(jù)滿足他們的需求,網(wǎng)絡(luò)運營商不得不使用LTE或者LTE-A等最新空中接口標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)建更多蜂窩基站,同時增加每個基站的天線數(shù)。另外,每用戶平均收入(APRU)的持續(xù)下降使運營商每年都要求設(shè)備廠商大幅降低成本。更糟糕的是,這些新的蜂窩基站網(wǎng)絡(luò)可能要求擴展現(xiàn)有的語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),而現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)采用GSM或UMTS標(biāo)準(zhǔn)且部署在不同的頻段上。

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圖1 典型電設(shè)備的高級方框圖

不管是增加天線數(shù)量來支持多個頻段,還是采用多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)提升數(shù)據(jù)速率,雖然成本高,但對運營商來說是必要的。為降低對天線桿相關(guān)運營成本的影響,設(shè)備制造商正在想法設(shè)法縮減設(shè)備的封裝尺寸(即設(shè)備的體積和重量),同時還要降低成本和功耗。他們在電傳輸領(lǐng)域不斷創(chuàng)新,從天線到雙工/三工器乃至無線電設(shè)備本身,努力縮小天線桿的封裝尺寸。

運營商可以采用多種滿足自己的需求。其中之一是使用多頻段天線,從而減少為支持基于GSM、UMTS或者LTE的多個網(wǎng)絡(luò)所需的天線數(shù)。為進一步完善這些多頻段天線,運營商可在天線桿上安裝遠程無線電裝置,為所需的頻段提供支持。遠程無線電裝置也必須不斷發(fā)展,以支持多種空中接口和更高的帶寬,同時減輕重量,縮小機箱,才能滿足運營商的未來需求。

天線集成無線電裝置的興起,為運營商提供了又一種可選。這種方法把無線電電子裝置安裝在天線機箱中,實現(xiàn)全集成的無線電和天線,故不必采用單獨的遠程無線電裝置,從而最小化了天線桿尺寸。無線電電子裝置和天線機箱的進一步發(fā)展就是最近推出的有源天線系統(tǒng)(AAS)。這種復(fù)雜的天線要求更強大的無線電信號處理能力,可增加網(wǎng)絡(luò)容量,同時縮小天線桿的封裝尺寸。

縮小遠程無線電裝置或天線的尺寸和重量的關(guān)鍵之處在于進一步提高無線電電子裝置的集成度。另外,為了支持GSM、LTE、UMTS等多種空中接口,無線電設(shè)備必須具有高度的靈活性和可編程功能。

先來看看這些無線電設(shè)備如何才能具有更好的可編程性,同時又能提供更高的集成度。
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圖2 典型的基于ASSP的2x2無線電設(shè)計
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圖3 賽靈思提供的新型Zynq EPP系列
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圖4 利用 Zynq實現(xiàn)的2x2 LTE無線電

基帶接口的作用是通過基帶處理卡把系統(tǒng)連接到銅光纖上?;鶐幚砜ǖ奈恢每梢栽谔炀€桿的基座上,也可以在空中。這些接口一般需要借助運行速度高達9.8Gbps的高速串行/解串器(serdes)組件,才能用作通用公共無線接口(CPRI)。

基帶單元上接收到的信號或發(fā)送給基帶單元的信號在發(fā)送到模擬域之前或從模擬域接收到之后,需要進行大量的信號處理。信號處理包括數(shù)字上/下變頻(DUC/DDC)、峰值因數(shù)抑制(CRF)和數(shù)字預(yù)失真(DPD)。DUC和DDC負(fù)責(zé)處理上采樣和整形,而CRF和DPD主要用于通過采用數(shù)字信號處理線性化功率放大器,來提高無線電單元的傳輸效率。

采用高速并行LVDS信號發(fā)送或新興的協(xié)議JESD204[A/B]均可實現(xiàn)到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(DAC和ADC)的接口。

射頻(RF)領(lǐng)域包含所有的調(diào)制器、時鐘綜合裝置、濾波器和放大器電路,用于經(jīng)功率放大器從天線處發(fā)送和接收數(shù)字信號。

整個無線電電裝置采用微處理器進行控制。該微控制器一般運行在Linux或VxWorks等實時操作系統(tǒng)上。運維功能負(fù)責(zé)無線電單元的告警、校準(zhǔn)、消息發(fā)送和整體控制,這是一項復(fù)雜的工作,一般需要連接SPI/I²C、以太網(wǎng)、UART(當(dāng)然還包括存儲器)等其它眾多組件。

過去供應(yīng)商綜合運用ASIC、ASSP和FPGA器件來實現(xiàn)數(shù)字無線電信號處理功能。ASIC器件的靈活性最差,一般會因設(shè)計初期規(guī)格鎖定而導(dǎo)致功能缺失。雖然該器件成本最低,但開發(fā)和NRE成本高,且產(chǎn)品上市速度慢。ASSP器件靈活性有限,因為它們往往是針對一系列使用案例而設(shè)計的,不適用于其它應(yīng)用。而FPGA則不然,由于其內(nèi)在的高靈活性,在數(shù)字無線電領(lǐng)域的應(yīng)用正在不斷增長。FPGA能支持各種設(shè)備需求,同時能夠根據(jù)客戶需求的發(fā)展變化不斷交付新功能。在這類應(yīng)用中的許多案例中,F(xiàn)PGA緊鄰ASIC和ASSP器件放置,用于彌補其它器件欠缺的功能。


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