發布日期：2022-04-17 點擊率：48
【導讀】傳統的基站射頻解決方案采用分立器件設計，新的SDR SoC實現了高度集成。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，而直接當成黑盒子來編程設計。
無線連接現在是無時不在、無時不有，它們包括人和人、人和設備、設備和設備之間的連接。人和人之間的連接除了傳統的語音通話、發短信外，隨著智能手機的普及，人們對高速數據業務的需求被極大地釋放出來。設備和設備之間的連接，則隨著智能家居、智能汽車、智能電網等各種智能應用的推廣，對于設備之間連接的需求也是越來越大。上個月，NB IoT標準被3GPP通過，明年它就會正式商用。這就會帶來更多的設備與設備間的連接。
更多的高速連接帶來的是數據流量呈指數級的增長。數據流量的增長必然對移動通信網絡的容量有越來越高的要求。提高網絡容量，除了傳統的網絡擴容方式之外，為了滿足未來海量的數據連接，和大量的數據流量增長，我們需要提出全新的網絡架構，ADI公司通信基礎設施業務部門中國區戰略市場經理解勇在日前的RadioVerse技術和設計生態系統發布會上向記者表示。
他指出，到2020年，5G網絡相比現有的4G/LTE架構，終端用戶的數據速率會有100倍增長，連接設備數會增長100倍，網絡延遲要低5倍（車聯網、VR需要低延遲的實時連接），電池續航時間要提高10倍，移動數據流量提高1000倍。
更高的數據速率需求對帶寬的要求必然更高。在現有無線通信頻段，我們已經很難找到連續的高帶寬頻譜了。因此，5G除了要解決空口的新技術外，還有一個方向是將頻率上移到微波/毫米波頻段，解經理表示。另外，網絡的演進還包括：提高安全性；提高能效，包括數字預失真（DPD）、包絡跟蹤等技術；降低延遲（改進算法），滿足高實時性應用；以及降低成本，這是客戶一向的追求。
從客戶的需求看，產品需要做到上市速度快，特別是在現在基站通信行業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用。另外，尺寸、重量和功耗要求越來越低，復雜度和成本也是要降低。
RadioVerse是ADI的一個全新的、專門針對收發機解決方案的品牌，包括技術、產品、生態系統，重點介紹的產品是AD9371。解經理指出，ADI RadioVerse首先能幫助客戶解決復雜度的問題，因為它是一個全集成的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，來做相應算法——然后通過軟件配置的方式實現軟件定義無線電（SDR）的解決方案。另外，它的靈活性和通用性也提高了，從而使最終產品上市速度也提高了。
“ADI一直以來倡導的是系統級解決方案，特別是在無線通信這個領域。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、應用的研發。”解經理說。
另外，ADI通信解決方案包括以下五大應用：無線電接入、微波點對點通信、衛星通信、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。從應用來看，在無線電接入這塊，ADI提供的幾大核心產品包括：高速數據轉換器、收發機、射頻集成器件（針對衛星通信應用）、微波（針對點對點和未來5G）、和射頻及高速數據轉換器配套的電源和時鐘、精密的數據轉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射頻捷變收發器主要是針對小基站應用，要滿足宏站的話帶寬和性能是不夠的。AD9371的推出豐富了ADI的收發機產品系列，并且它的應用覆蓋的帶寬更寬。在無線接入這塊，除了有傳統的宏基站，小基站的應用也越來越多。
RadioVerse品牌的理念包含三個層次。第一層是收發機技術。“ADI的這些收發機產品的特點是：高性能，不是針對手機等終端設備對性能要求不是很高、對成本要求很低的應用；高帶寬；功耗盡量在同等產品里做到最低；基于創新的零中頻架構（減少了兩級中頻濾波器），這樣便可以幫助客戶實現軟件定義無線電（SDR）設備；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、數字可變增益放大器（DVGA）、高速ADC，發射通道包括了高速DAC、調制器、混頻器、DVGA、射頻放大器（AD9371將DPD反饋通道也集成在芯片內部，包括混頻器/解調器和ADC，以及頻綜PLL和VCO、LDO）。”解經理說。
“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用內，簡化設計。基于SDR的架構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。”解經理補充說。
第二層是設計環境/生態系統。為了幫助用戶很好地開發產品，ADI提供了開發工具包，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的收發機來做相對產品級的解決方案，加快客戶概念的評估、驗證、樣機再到產品化的過程。
最后一層是，ADI通過一系列產品，獲得了很多設計和應用的技術積累。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，基于我們對技術和市場的積累，我們去把我們的見解通過白皮書、技術文章等方式分享給廣大客戶。”他解釋道。
隨著現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挑戰，這包括：1.頻率規劃變得難做——因為對于一個基站來說，其它基站的信號相當于干擾信號，需要把其它信號落到帶外；2.濾波器變得難做，因為頻率較近，過渡帶變窄，射頻濾波器就很難實現；3.共存共址問題，不同的無線設備/基站設備離得較近，會有相互干擾，因此設計時需要通過高質量的雙工器/濾波器排除外部干擾；4.設備本身對線性度和動態范圍的要求也提高了，因為濾波器無法完全將干擾信號（進入到帶內的阻塞信號）濾除，需要用高線性度的ADC來扛帶內的阻塞。
ADI的理念是要簡化射頻設計，幫助客戶解決難題，這表現在：1.創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用和頻段。2.大幅降低設計復雜度，因為芯片的硬件集成度已非常高（將之前大約20顆離散器件集成了進來），對于整個系統來說，電源設計和時鐘設計也大大簡化，因此客戶設計的難度和門檻得到降低。3.從軟件角度來說，ADI提供API，客戶不用去關心器件內部的含義——之前的AD9361內部有上千個寄存器，客戶需要去理解每個寄存器的意思和怎么去配置——現在可以把它當成一個黑盒子，只需通過API軟件去編程即可。4.這些優勢給客戶帶來的直觀的競爭力是減少了設備的尺寸、重量和功耗（SWAP）——至少降低一半以上。
下面來看AD9371芯片的框圖。射頻收發機射頻調諧范圍為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），包括連續多載波和非連續多載波。接收機有2個獨立的接收通道，最大信號帶寬為100MHz。發射機有2個獨立發射通道，最大信號帶寬為100MHz，應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，確定可用頻譜進行配置切換。因此，AD9371增加一個偵聽通道，偵聽接收機帶寬20MHz，支持3個輸入。DPD反饋通道和偵聽通道分時復用ADC。
發射、接收和反饋通道各集成一個本振，系統總共有三個PLL和VCO。系統也支持外部本振，將內部旁路掉。在數字功能和算法上，因為是零中頻，AD9361上就集成了鏡像抑制校準、本振泄漏校準，這些在AD9371上都有，但是由于集成了ARM內核，可以做實時跟蹤校準，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、時鐘發生器等，并提供API支持。
在功耗方面，如果支持最大帶寬、運行在最大速率上，2個接收通道是2W，2個發射通道是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行了優化，里面用的巴倫是窄帶的），針對1.8GHz到2.8GHz，其實1GHz頻帶并不窄，這個頻帶基本覆蓋現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，因為內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，真正應用時需要針對各個頻段做優化。像頻譜儀之類的應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，對評估板做評估驗證。它提供基于Windows的GUI，可以在上面運行API。FPGA方面則配合Xilinx ZC706母版做評估，提供二進制JESD204B IP代碼。一種是樣機開發軟件。對于這個軟件，評估系統不限于Xilinx，Altera等其他的母版也可以去連接。
【推薦閱讀】
基于單片機控制的射頻通信基站的設計與實現
電機扭矩測量結果和傳感器精度對不上，咋辦？
對比六種電流測量方法，孰優孰略一目了然
3D打印機DIY設計：硬件+軟件的Arduino開源平臺
教你10元打造一個人體紅外感應小夜燈
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： 逆變器選型重要依據，
