新型RF收发器推动微微蜂窝基站的发展

现代微微蜂窝和微蜂窝无线通信网络需要使用相当多的分立器件，常常超过功耗预算和尺寸限制。典型的微微蜂窝基站RF 收发器除功率放大器(PA)外，还包括6 到8 个有源器件，而微蜂窝基站的器件数量很容易比上述数量多出一倍。但如果使用集成收发器AD9356 和AD9357，则只需一个器件就能实现双通道接收、双通道发射收发器功能，同时功耗至少降低50%。

ADI 公司的集成收发器AD9356 和AD9357 以紧凑的尺寸提供两个接收和发射通道，同时还能降低WiMAX和长期演进(LTE)蜂窝网络等宽带系统的功耗。收发器AD9356 和AD9357 的工作频率范围分别为2.3 至2.7 GHz和3.3 至3.8 GHz。

图1. AD9356 和AD9357 收发器的高度集成降低3G 和4G微蜂窝和微微蜂窝系统的功耗和成本

此外，由于可以将同一收发器用在多个基站平台上（微微蜂窝和微蜂窝），因此硬件设计周期将大大缩短。这些新型收发器提供配置能力，允许设计师开发和维护可适应多个平台的软件。这种灵活性与业界领先的RF 性能相结合，可以显著加快产品上市时间，并节省50%以上的材料(BOM)。

虽然成本、功耗和尺寸是重要因素，但收发器仍然必须满足新型4G 系统的技术要求。对于接收机，最大的挑战之一是动态范围。无论用户的物理位置距离基站是远还是近，接收机都必须能够解调用户发送的信号，这一挑战一般称为"远近问题"。

集成收发器AD9356和AD9357利用多种不同的技术来解决远近问题。首先，收发器内置12 位的模数转换器(ADC)，以便为收发器提供充裕的瞬时动态范围。此外，收发器采用先进的自动增益控制(AGC)算法，这一点也很重要。

AD9356 和AD9357 收发器内部采用灵活的设计，AGC 既能以自主模式工作，又能利用收发器实时信号以手动模式实施控制，这就为系统集成商控制系统增益提供了更大的自由度。正是由于AGC 与高动态范围ADC 的结合，收发器才得以解决远近问题，省去了高性能、高功率分立电路解决方案的成本。

除接收机外，也许收发器AD9356 和AD9357 的最大创新就是改善了发射噪底。在ADI 公司的前几代集成收发器中，例如AD9354 和AD9355，其外部功率放大器(PA)的功率输出水平分别局限于+33 dBm 和+27 dBm，但仍然满足FCC和ETSI 的频谱屏蔽要求。新款AD9356 RF 收发器的工作频率范围为2.3 GHz 至2.7 GHz，在载波提供8 MHz 偏移时能够实现-130 dBc/Hz 的频谱屏蔽水平。该收发器在天线端口支持最高+40 dBm/发射机的功率水平。

图2.  本图显示了AD9356 收发器在载波偏移8MHz 处发送SNR 与输出功率的关系

AD9357 收发器的工作频率范围为3.3 GHz 至3.8 GHz，在载波提供70 MHz 偏移时能够实现大约-144 dBc/Hz 的频谱屏蔽性能。它能支持最高+33 dBm/发射机的外部PA，并且仍然满足ETSI 要求。为支持更高的PA 功率输出，可以增加一个简单的低成本外部低通滤波器。用集成收发器支持这种较高功率的PA 时，系统集成商将能扩展系统的范围，以增大覆盖范围，同时维持较低的部署成本。

图3.  本图显示了AD9357 收发器在载波偏移70MHz 处发送SNR 与输出功率的关系

除了具备同类最佳的接收机和发射机性能以外，多个AD9356 和AD9357 收发器还可以级联或同步，支持4 Rx x 4 Tx，甚至8 Rx x 8 Tx 的实施方案。这类实施方案可以进一步扩展基站的发射和接收范围，并且支持通过波束成形技术来改善覆盖范围和服务质量。AD9356 和AD9357 收发器能够轻松同步多个芯片的基带和RF 路径。多个芯片的基带部分——包括接收ADC、发射数模转换器(DAC)和数据输入输出(DATA I/O)连接——通过共享锁相环(PLL)的公共参考时钟实现同步，此外还必须从数字基带芯片发送一个公共同步脉冲到这些芯片。同步脉冲发送后，多个芯片的基带部分就会同步。

为使多个RF 路径实现相位同步，必须测量不同路径的相位。一种方法是使用一个专用接收机来测量各发射信号的相位，然后以数字方式对基带数据施加相移，从而改变相位。AD9356 和AD9357 收发器提供一个专用监控器路径，可利用它来测量发射路径的相位和输出功率。利用这个片内发射监控器，可以降低用于监控多个发射相位的专用接收路径的相关成本和开销。

在M x N 多路输入、多路输出(MIMO)通信系统中，集成收发器AD9356和AD9357能够将一个公共外部本振(LO)用于多个芯片。外部LO 的工作频率须为AD9356 载波频率的2倍，或AD9357 载波频率的4/3 倍。使用外部LO 的好处是能够利用低相位噪声的RF 频率合成器和公共LO 来提高发射信噪比(SNR)，使得N 个发射机的相位噪声具有相关性。目前，AD9356 和AD9357 收发器采用内部LO 源时，可以在各自的频率范围内实现-39 dB 的误差矢量幅度(EVM)性能，达到同类产品最佳。若采用低相位噪声外部LO，则可以实现-45 dB 的EVM 性能。

作者：Chris Cloninger，ADI半导体公司