【導(dǎo)讀】傳統(tǒng)的基站射頻解決方案采用分立器件設(shè)計(jì)，新的SDR SoC實(shí)現(xiàn)了高度集成。相比于早期用于小基站的SDR解決方案，新的宏基站射頻解決方案甚至可以不用再記1000多個寄存器的用途，而直接當(dāng)成黑盒子來編程設(shè)計(jì)。
無線連接現(xiàn)在是無時不在、無時不有，它們包括人和人、人和設(shè)備、設(shè)備和設(shè)備之間的連接。人和人之間的連接除了傳統(tǒng)的語音通話、發(fā)短信外，隨著智能手機(jī)的普及，人們對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求被極大地釋放出來。設(shè)備和設(shè)備之間的連接，則隨著智能家居、智能汽車、智能電網(wǎng)等各種智能應(yīng)用的推廣，對于設(shè)備之間連接的需求也是越來越大。上個月，NB IoT標(biāo)準(zhǔn)被3GPP通過，明年它就會正式商用。這就會帶來更多的設(shè)備與設(shè)備間的連接。
更多的高速連接帶來的是數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)級的增長。數(shù)據(jù)流量的增長必然對移動通信網(wǎng)絡(luò)的容量有越來越高的要求。提高網(wǎng)絡(luò)容量，除了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容方式之外，為了滿足未來海量的數(shù)據(jù)連接，和大量的數(shù)據(jù)流量增長，我們需要提出全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，ADI公司通信基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)部門中國區(qū)戰(zhàn)略市場經(jīng)理解勇在日前的RadioVerse技術(shù)和設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)布會上向記者表示。
他指出，到2020年，5G網(wǎng)絡(luò)相比現(xiàn)有的4G/LTE架構(gòu)，終端用戶的數(shù)據(jù)速率會有100倍增長，連接設(shè)備數(shù)會增長100倍，網(wǎng)絡(luò)延遲要低5倍（車聯(lián)網(wǎng)、VR需要低延遲的實(shí)時連接），電池續(xù)航時間要提高10倍，移動數(shù)據(jù)流量提高1000倍。
更高的數(shù)據(jù)速率需求對帶寬的要求必然更高。在現(xiàn)有無線通信頻段，我們已經(jīng)很難找到連續(xù)的高帶寬頻譜了。因此，5G除了要解決空口的新技術(shù)外，還有一個方向是將頻率上移到微波/毫米波頻段，解經(jīng)理表示。另外，網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)還包括：提高安全性；提高能效，包括數(shù)字預(yù)失真（DPD）、包絡(luò)跟蹤等技術(shù)；降低延遲（改進(jìn)算法），滿足高實(shí)時性應(yīng)用；以及降低成本，這是客戶一向的追求。
從客戶的需求看，產(chǎn)品需要做到上市速度快，特別是在現(xiàn)在基站通信行業(yè)競爭越來越激烈的時候。在靈活性和通用性上，各種各樣的通信制式和頻段之前是需要各種各樣的設(shè)備來支持，因此客戶需要一個相對通用的平臺來覆蓋不同的應(yīng)用。另外，尺寸、重量和功耗要求越來越低，復(fù)雜度和成本也是要降低。
RadioVerse是ADI的一個全新的、專門針對收發(fā)機(jī)解決方案的品牌，包括技術(shù)、產(chǎn)品、生態(tài)系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹的產(chǎn)品是AD9371。解經(jīng)理指出，ADI RadioVerse首先能幫助客戶解決復(fù)雜度的問題，因?yàn)樗且粋€全集成的SoC芯片——除了把以前離散的射頻信號鏈集成，還集成了ARM處理器，來做相應(yīng)算法——然后通過軟件配置的方式實(shí)現(xiàn)軟件定義無線電（SDR）的解決方案。另外，它的靈活性和通用性也提高了，從而使最終產(chǎn)品上市速度也提高了。
“ADI一直以來倡導(dǎo)的是系統(tǒng)級解決方案，特別是在無線通信這個領(lǐng)域。而且客戶也是希望芯片廠商提供這樣的解決方案，這樣他們就能專注于其他的軟件、系統(tǒng)、應(yīng)用的研發(fā)。”解經(jīng)理說。
另外，ADI通信解決方案包括以下五大應(yīng)用：無線電接入、微波點(diǎn)對點(diǎn)通信、衛(wèi)星通信、光通信、電纜通信。其中電纜通信在歐美使用得比較多，而在中國則是光通信用得比較多。從應(yīng)用來看，在無線電接入這塊，ADI提供的幾大核心產(chǎn)品包括：高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、收發(fā)機(jī)、射頻集成器件（針對衛(wèi)星通信應(yīng)用）、微波（針對點(diǎn)對點(diǎn)和未來5G）、和射頻及高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器配套的電源和時鐘、精密的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和電流傳感器等控制芯片。
AD9371集成20個器件，是要針對宏基站提供更高帶寬和性能解決方案
傳統(tǒng)的射頻解決方案是通過離散器件去搭建。ADI在2013年推出的AD9361/64射頻捷變收發(fā)器主要是針對小基站應(yīng)用，要滿足宏站的話帶寬和性能是不夠的。AD9371的推出豐富了ADI的收發(fā)機(jī)產(chǎn)品系列，并且它的應(yīng)用覆蓋的帶寬更寬。在無線接入這塊，除了有傳統(tǒng)的宏基站，小基站的應(yīng)用也越來越多。
RadioVerse品牌的理念包含三個層次。第一層是收發(fā)機(jī)技術(shù)。“ADI的這些收發(fā)機(jī)產(chǎn)品的特點(diǎn)是：高性能，不是針對手機(jī)等終端設(shè)備對性能要求不是很高、對成本要求很低的應(yīng)用；高帶寬；功耗盡量在同等產(chǎn)品里做到最低；基于創(chuàng)新的零中頻架構(gòu)（減少了兩級中頻濾波器），這樣便可以幫助客戶實(shí)現(xiàn)軟件定義無線電（SDR）設(shè)備；集成度很高，接收通道包括了射頻低噪放、混頻器、射頻放大器、數(shù)字可變增益放大器（DVGA）、高速ADC，發(fā)射通道包括了高速DAC、調(diào)制器、混頻器、DVGA、射頻放大器（AD9371將DPD反饋通道也集成在芯片內(nèi)部，包括混頻器/解調(diào)器和ADC，以及頻綜PLL和VCO、LDO）。”解經(jīng)理說。
“除了集成度，還需要提供好用的軟件，這樣客戶才能很容易地將其移植到應(yīng)用內(nèi)，簡化設(shè)計(jì)。基于SDR的架構(gòu)可以給客戶提供足夠的靈活度和通用性，來覆蓋不同的制式和頻段。”解經(jīng)理補(bǔ)充說。
第二層是設(shè)計(jì)環(huán)境/生態(tài)系統(tǒng)。為了幫助用戶很好地開發(fā)產(chǎn)品，ADI提供了開發(fā)工具包，包括評估板和評估軟件，以及各種代碼（開源、非開源，以及FPGA代碼）。另外，ADI還和第三方（IDH、方案商等）合作，他們基于ADI的收發(fā)機(jī)來做相對產(chǎn)品級的解決方案，加快客戶概念的評估、驗(yàn)證、樣機(jī)再到產(chǎn)品化的過程。
最后一層是，ADI通過一系列產(chǎn)品，獲得了很多設(shè)計(jì)和應(yīng)用的技術(shù)積累。同時，在幫助客戶解決問題的過程中，對于客戶不同系統(tǒng)的問題，ADI也得到了解決方法的積累。另外，ADI對市場也一直在跟蹤、研究，產(chǎn)品的定義也是把握了市場未來趨勢。“也就是說，基于我們對技術(shù)和市場的積累，我們?nèi)グ盐覀兊囊娊馔ㄟ^白皮書、技術(shù)文章等方式分享給廣大客戶。”他解釋道。
隨著現(xiàn)在各種各樣的通信制式和不同頻段的使用越來越多，頻譜變得越來越擁擠，這對射頻工程師帶來很大技術(shù)挑戰(zhàn)，這包括：1.頻率規(guī)劃變得難做——因?yàn)閷τ谝粋€基站來說，其它基站的信號相當(dāng)于干擾信號，需要把其它信號落到帶外；2.濾波器變得難做，因?yàn)轭l率較近，過渡帶變窄，射頻濾波器就很難實(shí)現(xiàn)；3.共存共址問題，不同的無線設(shè)備/基站設(shè)備離得較近，會有相互干擾，因此設(shè)計(jì)時需要通過高質(zhì)量的雙工器/濾波器排除外部干擾；4.設(shè)備本身對線性度和動態(tài)范圍的要求也提高了，因?yàn)闉V波器無法完全將干擾信號（進(jìn)入到帶內(nèi)的阻塞信號）濾除，需要用高線性度的ADC來扛帶內(nèi)的阻塞。
ADI的理念是要簡化射頻設(shè)計(jì)，幫助客戶解決難題，這表現(xiàn)在：1.創(chuàng)建一個通用的硬件無線電平臺，通過軟件配置的方式支持各種不同應(yīng)用和頻段。2.大幅降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度，因?yàn)樾酒挠布啥纫逊浅８撸▽⒅按蠹s20顆離散器件集成了進(jìn)來），對于整個系統(tǒng)來說，電源設(shè)計(jì)和時鐘設(shè)計(jì)也大大簡化，因此客戶設(shè)計(jì)的難度和門檻得到降低。3.從軟件角度來說，ADI提供API，客戶不用去關(guān)心器件內(nèi)部的含義——之前的AD9361內(nèi)部有上千個寄存器，客戶需要去理解每個寄存器的意思和怎么去配置——現(xiàn)在可以把它當(dāng)成一個黑盒子，只需通過API軟件去編程即可。4.這些優(yōu)勢給客戶帶來的直觀的競爭力是減少了設(shè)備的尺寸、重量和功耗（SWAP）——至少降低一半以上。
下面來看AD9371芯片的框圖。射頻收發(fā)機(jī)射頻調(diào)諧范圍為300MHz到6GHz，覆蓋所有主流頻段；FDD/TDD都可以支持；性能上支持多載波（AD9361僅支持單載波），包括連續(xù)多載波和非連續(xù)多載波。接收機(jī)有2個獨(dú)立的接收通道，最大信號帶寬為100MHz。發(fā)射機(jī)有2個獨(dú)立發(fā)射通道，最大信號帶寬為100MHz，應(yīng)用時最大合成帶寬為250MHz。DPD反饋通道有兩個射頻輸入口，最大帶寬250MHz。有的小基站需要偵聽通道偵聽空中頻譜，確定可用頻譜進(jìn)行配置切換。因此，AD9371增加一個偵聽通道，偵聽接收機(jī)帶寬20MHz，支持3個輸入。DPD反饋通道和偵聽通道分時復(fù)用ADC。
發(fā)射、接收和反饋通道各集成一個本振，系統(tǒng)總共有三個PLL和VCO。系統(tǒng)也支持外部本振，將內(nèi)部旁路掉。在數(shù)字功能和算法上，因?yàn)槭橇阒蓄l，AD9361上就集成了鏡像抑制校準(zhǔn)、本振泄漏校準(zhǔn)，這些在AD9371上都有，但是由于集成了ARM內(nèi)核，可以做實(shí)時跟蹤校準(zhǔn)，因此性能有了很大提升。此外，它還集成了AGC、可編程放大濾波器，以及輔助ADC、DAC、GPIO、時鐘發(fā)生器等，并提供API支持。
在功耗方面，如果支持最大帶寬、運(yùn)行在最大速率上，2個接收通道是2W，2個發(fā)射通道是2W，再加上DPD反饋通道0.8W，AD9371總功耗為4.8W。
另外，在評估系統(tǒng)上，ADI提供兩種評估板（EVB），為客戶提供性能測試。一種是窄帶（是指在特定頻段上進(jìn)行了優(yōu)化，里面用的巴倫是窄帶的），針對1.8GHz到2.8GHz，其實(shí)1GHz頻帶并不窄，這個頻帶基本覆蓋現(xiàn)在主流的無線通信頻段。一種是寬帶，支持300GHz到6GHz整個射頻頻率范圍的評估。它不是針對某個頻段做優(yōu)化來評估性能，而是提供了一個平臺來評估各個頻段性能，因?yàn)閮?nèi)部用的是一個很寬帶的巴倫，插損較大，尤其是在頻率的高低兩端插損較大，因此對性能有影響。它提供的是通用性的評估，真正應(yīng)用時需要針對各個頻段做優(yōu)化。像頻譜儀之類的應(yīng)用就需要很寬的頻段。
AD9371在軟件上提供兩種選擇。一種是評估軟件，對評估板做評估驗(yàn)證。它提供基于Windows的GUI，可以在上面運(yùn)行API。FPGA方面則配合Xilinx ZC706母版做評估，提供二進(jìn)制JESD204B IP代碼。一種是樣機(jī)開發(fā)軟件。對于這個軟件，評估系統(tǒng)不限于Xilinx，Altera等其他的母版也可以去連接。
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