為了支持不斷增長的無線數據需求，現代基站無線電 旨在支持多個E-UTRA頻段，以及 載波聚合技術。這些多頻段無線電采用 下一代GSPS射頻ADC和DAC，可實現頻率捷變， 直接射頻信號合成和采樣技術。處理 射頻無線頻譜的稀疏性質，復雜的DSP 用于有效地處理數據位到 RF 并再次返回。 描述了多頻段的直接RF發射器示例 應用，考慮 DSP 配置和功耗與帶寬的關系 折衷。

簡介 — 10 年、10 × 頻段、100× 數據速率

自智能手機革命開始以來已經有10年了，當時蘋果在2007年發布了第一代iPhone。10 年和兩代無線標準之后，很多事情都發生了變化。也許不像消費者智能手機（稱為用戶設備（UE））的頭條新聞那樣迷人，無線接入網絡（RAN）的基礎設施基站（eNodeB）已經經歷了自己的轉型，以實現我們現在連接世界的數據洪流。蜂窩頻段增加了10×，而數據轉換器采樣率增加了100×。這會給我們帶來什么？?

圖1.非連續頻譜的載波聚集突出了稀疏頻譜問題。紅色顯示許可的頻段。綠色顯示帶間間距。

多頻段無線電和頻譜的有效利用

從 2G GSM 到 4G LTE，蜂窩頻段的數量激增了 10×，從 4 個增加到 40 多個。隨著LTE網絡的出現，基站供應商發現自己的無線電變體成倍增加。LTE-advanced通過在混合中添加載波聚合來提高對多頻段無線電的要求，從而將同一頻段內的非連續頻譜或更重要的是不同頻段中的非連續頻譜作為單個流在基帶調制解調器中聚合。

但是，RF頻譜很稀疏。圖1顯示了幾個載波聚合波段組合，突出了稀疏頻譜問題。綠色表示帶間間距，紅色表示感興趣的波段。信息論規定系統不會浪費功率轉換不需要的頻譜。需要具有在模擬域和數字域之間轉換稀疏頻譜的有效方法的多頻段無線電。

基站發射機向直接射頻的演進

為了促進4G LTE網絡增加的數據消耗，廣域基站在無線電架構上經歷了演變。帶有混頻器和單通道數據轉換器的超外差、窄帶、中頻采樣無線電已被基于I/Q的架構所取代，這些架構使帶寬翻倍，例如復中頻（CIF）和零中頻（ZIF）。ZIF 和 CIF 收發器需要具有雙通道和四通道數據轉換器的模擬 I/Q 調制器/解調器。然而，這些帶寬更寬的CIF/ZIF收發器也存在必須糾正的LO泄漏和正交誤差鏡像。

圖2.無線無線電架構已經發展到可以適應不斷增長的帶寬需求，反過來，通過SDR技術變得更加頻率敏捷。

幸運的是，數據轉換器采樣率在過去10年中也增加了30×至100×從2007年的100 MSPS增加到2017年的10 GSPS+。采樣率的提高帶來了具有非常寬帶寬的GSPS射頻轉換器，使頻率捷變軟件定義無線電最終成為現實。

圖3.直接射頻發射器。AD9172等RF DAC包括精密的DSP模塊，帶有并行數字上變頻通道器，可實現高效的多頻段傳輸。

也許，sub-6 GHz無線電BTS架構的圣杯長期以來一直是直接RF采樣和合成。直接RF架構消除了對模擬頻率轉換器件的需求，例如混頻器、I/Q調制器和I/Q解調器，這些器件本身就是許多不需要的雜散信號的來源。相反，數據轉換器直接與RF頻率接口，任何混頻都可以通過集成的數字上/下變頻器（DUC/DDC）以數字方式完成。

多頻段效率增益以ADI公司RF轉換器中包含的復雜DSP的形式提供，允許僅對所需頻段進行數字通道化，同時提供完整的RF帶寬。使用并行 DUC 或 DDC，它們結合了插值/抽取上/下采樣器、半帶濾波器和數控振蕩器 （NCO），可以在模擬域和數字域之間轉換之前對目標頻段進行數字構建/解構。

并行數字上/下變頻器架構允許您對所需頻譜的多個頻段進行通道化（圖1中以紅色顯示），而不會浪費寶貴的周期來轉換未使用的帶間頻譜（如圖1中的綠色所示）。高效的多頻段通道化可降低數據轉換器所需的采樣速率，以及通過JESD204B數據總線傳輸所需的串行通道數。降低系統采樣速率可降低基帶處理器的成本、功耗和熱管理要求，從而節省整個基站系統的資本支出和運營支出。在高度優化的CMOS ASIC工藝中實現通道化DSP比在通用FPGA結構中實現更節能，即使FPGA的幾何尺寸更小。

帶DPD接收器的直接RF發射器：示例

RF DAC已成功取代這些下一代多頻段BTS無線電中的IF DAC。圖3顯示了一個采用AD9172的直接RF發射器示例，AD9172是一款16位、12 GSPS RF DAC，支持具有三個并行DUC的三頻段通道化，允許在1200 MHz帶寬上靈活放置子載波。在RF DAC之后，ADL5335 Tx VGA提供12 dB增益和31.5 dB衰減范圍，最高可達4 GHz。然后，該DRF發射器的輸出可以根據eNodeB的輸出功率要求驅動所選的功率放大器。

考慮圖 4 中所示的頻段 3 和頻段 7 場景?？梢圆捎脙煞N不同的方法將數據流直接轉換為RF。第一種方法（寬帶方法）將在不進行通道化的情況下合成頻段，需要1228.8 MHz的數據速率。 該帶寬的80%產生983.04 MHz的DPD（數字預失真）合成帶寬，足以傳輸兩個頻段及其740 MHz的帶間間隔。這種方法的優點是用于DPD系統，它不僅允許每個載波的帶內IMD預失真，還允許所需頻段之間的其他不需要的非線性發射。

圖4.雙頻段方案：頻段 3（1805 MHz 至 1880 MHz）和頻段 7（2620 MHz 至 2690 MHz）。

第二種方法是合成這些頻段的信道化版本。由于每個頻段分別只有60 MHz和70 MHz，并且由于運營商將僅擁有該帶寬子集的許可證，因此無需傳輸所有內容并因此產生高數據速率。相反，讓我們使用更合適、更低的 153.6 MHz 數據速率，其中 80% 導致 DPD 帶寬為 122.88 MHz。如果運營商在每個頻段擁有 20 MHz 的許可證，則仍然有足夠的 DPD 帶寬供 5千-分別對每個波段的帶內IMD進行階次校正。通過上述寬帶方法，此模式可在DAC中節省高達250 mW的功耗，在基帶處理器中節省更多的功耗/散熱，并減少串行通道數，從而實現更小、更低成本的FPGA/ASIC實現。

圖5.頻段3和頻段7 LTE使用AD9172 RF DAC通過直接RF發射器傳輸。

DPD的觀測接收器也已發展到DRF（直接RF）架構。AD9208 14位、3 GSPS RF ADC還支持通過并行DDC進行多頻段通道化。RF DAC和RF ADC在發射器DPD子系統中的組合具有許多優點，包括共享轉換器時鐘、相關相位噪聲消除和系統的整體簡化。其中一種簡化是AD9172 RF DAC及其集成PLL能夠從低頻參考信號生成高達12 GHz的時鐘，無需在無線電板周圍布線高頻時鐘。此外，RF DAC可以為反饋ADC輸出其時鐘的相位相干分頻版本。此類系統功能通過創建優化的多頻段發射器芯片組，真正增強了 BTS DPD 系統。

圖6.用于數字預失真的直接RF觀測接收器。AD9208等寬帶RF ADC可以在5 GHz帶寬上高效數字化多個頻段。

總結

智能手機革命十年后，蜂窩業務完全與數據吞吐量有關。單頻段無線電已無法滿足消費者的容量需求。為了提高數據吞吐量，必須通過多個頻段的載波聚合來提供更多的頻譜帶寬。RF數據轉換器可以訪問整個sub-6 GHz蜂窩頻譜，并針對各種頻段組合快速重新配置，使軟件定義無線電成為現實。這些頻率捷變直接射頻架構可降低成本、尺寸、重量和功耗。這一事實使RF DAC發射器和RF ADC DPD接收器成為sub-6 GHz多頻段基站的首選架構。

審核編輯：郭婷