圖1. 各種波束合成方法

 

在這裏


，我們有數據轉換器，將數字信號與寬帶基帶或IF信號相互轉換

，連接執行上變頻和下變頻處理的無線電收發器。在射頻（例如
，28 GHz）中
，我們將單個射頻路徑分成多條路徑，通過控製每個路徑的相位來執行波束合成
，從而在遠場朝目標用戶的方向形成波 束。這使得每條數據路徑都能引導單個波束，因此理論上來說
，我們可以使用該架構一次為一個用戶服務。

 

數shu字zi波bo束shu成cheng型xing就jiu是shi字zi麵mian意yi思si。相xiang移yi完wan全quan在zai數shu字zi電dian路lu中zhong實shi現xian
，然ran後hou通tong過guo收shou發fa器qi陣zhen列lie饋kui送song到dao天tian線xian陣zhen列lie。簡jian單dan地di說shuo，每mei個ge無wu線xian電dian收shou發fa器qi都dou連lian接jie到dao一yi個ge天tian線xian元yuan件jian
，但dan實shi際ji上shang每mei個ge無wu線xian電dian都dou可ke以yi有you多duo個ge天tian線xian元yuan件jian
，具ju體ti取qu決jue於yu所suo需xu扇shan區qu的de形xing狀zhuang。該gai數shu字zi方fang法fa可ke實shi現xian最zui大da容rong量liang和he靈ling活huo性xing
，並bing支zhi持chi毫hao米mi波bo頻pin率lv的de多duo用yong戶huMIMOfazhanguihua，leisiyuzhongpinxitong。zhefeichangfuza，kaolvdaomuqiankeyongdejishu，wulunshizaishepinhaishishuzidianluzhong，doujiangxiaohaoguoduodezhiliudian。raner，suizheweilaijishudefazhan，haomibowuxiandianjiangchuxianshuziboshuhecheng。

 

近期最實用、最有效的波束合成方法是混合數模波束成型，它實質上是將數字預編碼和模擬波束合成結合起來，在一個空間（空間複用）中(zhong)同(tong)時(shi)產(chan)生(sheng)多(duo)個(ge)波(bo)束(shu)。通(tong)過(guo)將(jiang)功(gong)率(lv)引(yin)導(dao)至(zhi)具(ju)有(you)窄(zhai)波(bo)束(shu)的(de)目(mu)標(biao)用(yong)戶(hu)
，基(ji)站(zhan)可(ke)以(yi)重(zhong)用(yong)相(xiang)同(tong)的(de)頻(pin)譜(pu)，同(tong)時(shi)在(zai)給(gei)定(ding)的(de)時(shi)隙(xi)中(zhong)為(wei)多(duo)個(ge)用(yong)戶(hu)服(fu)務(wu)。雖(sui)然(ran)文(wen)獻(xian)中(zhong)報(bao)道(dao)的(de)混(hun)合(he)波(bo)束(shu)成(cheng)型(xing)有(you)幾(ji)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)方(fang)法(fa)，但(dan)這(zhe)裏(li)顯(xian)示(shi)的(de)子(zi)陣(zhen)方(fang)法(fa)是(shi)最(zui)實(shi)際(ji)的(de)實(shi)現(xian)方(fang)法(fa)
，本(ben)質(zhi)上(shang)是(shi)模(mo)擬(ni)波(bo)束(shu)成(cheng)型(xing)的(de)步(bu)驟(zhou)和(he)重(zhong)複(fu)。目(mu)前(qian)，報(bao)告(gao)的(de)係(xi)統(tong)實(shi)際(ji)上(shang)支(zhi)持(chi)2到8個數字流，可以用於同時支持單個用戶，或者向較少數量的用戶提供2層或更多層的MIMO。

 

讓我們更深入地探討模擬波束成型的技術選擇，即構建混合波束成型的構建模塊
，如圖2所示。在這裏
，我們將模擬波束合成係統分為三個模塊進行處理：數字、位(wei)到(dao)毫(hao)米(mi)波(bo)和(he)波(bo)束(shu)成(cheng)型(xing)。這(zhe)並(bing)非(fei)實(shi)際(ji)係(xi)統(tong)的(de)劃(hua)分(fen)方(fang)式(shi)，因(yin)為(wei)人(ren)們(men)會(hui)把(ba)所(suo)有(you)毫(hao)米(mi)波(bo)組(zu)件(jian)放(fang)在(zai)鄰(lin)近(jin)位(wei)置(zhi)以(yi)減(jian)少(shao)損(sun)耗(hao)，但(dan)是(shi)這(zhe)種(zhong)劃(hua)分(fen)的(de)原(yuan)因(yin)很(hen)快(kuai)就(jiu)會(hui)變(bian)得(de)很(hen)明(ming)顯(xian)。

 

 

圖2. 模擬波束合成係統方框圖

 

波束成型功能受到許多因素的推動，包括分段形狀和距離
、功率電平、路徑損耗、熱(re)限(xian)製(zhi)等(deng)
，是(shi)毫(hao)米(mi)波(bo)係(xi)統(tong)的(de)區(qu)段(duan)，隨(sui)著(zhe)行(xing)業(ye)的(de)學(xue)習(xi)和(he)成(cheng)熟(shu)，需(xu)要(yao)一(yi)定(ding)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)。即(ji)便(bian)如(ru)此(ci)，仍(reng)將(jiang)繼(ji)續(xu)需(xu)要(yao)各(ge)種(zhong)傳(chuan)輸(shu)功(gong)率(lv)電(dian)平(ping)，以(yi)解(jie)決(jue)從(cong)小(xiao)型(xing)蜂(feng)窩(wo)到(dao)宏(hong)的(de)不(bu)同(tong)部(bu)署(shu)情(qing)形(xing)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，用(yong)於(yu)基(ji)站(zhan)的(de)位(wei)到(dao)毫(hao)米(mi)波(bo)無(wu)線(xian)電(dian)需(xu)要(yao)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)則(ze)要(yao)小(xiao)得(de)多(duo)，並(bing)且(qie)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)可(ke)以(yi)從(cong)當(dang)前(qian)Release 15guigezhongpaishengchulai。huanyanzhi，shejirenyuankeyijieheduogeboshuchengxingpeizhizhongyongxiangtongdewuxiandian。zheyudangqiandefengwowuxiandianxitongmeiyoushenmebutong，zaizhexiexitongzhong，xiaoxinhaoduankuapingtaihenchangjian，erqiemeigeyonglideqianduangengduodoushidingzhide。

 

當我們從數字轉向天線時，就已經為信號鏈繪製了潛在技術的進展圖。當然，數字信號和混合信號都是在細線體CMOS工藝中產生的。根據基站的要求，整個信號鏈可以用CMOS開發，或者更有可能的是

，采用多種技術的混合開發，為信號鏈提供最佳性能。例如，一種常見的配置是使用具有高性能SiGe BiCMOS IF 到毫米波轉換的CMOS數(shu)據(ju)轉(zhuan)換(huan)器(qi)。如(ru)圖(tu)所(suo)示(shi)
，波(bo)束(shu)成(cheng)型(xing)可(ke)采(cai)用(yong)多(duo)種(zhong)技(ji)術(shu)實(shi)現(xian)

，具(ju)體(ti)取(qu)決(jue)於(yu)係(xi)統(tong)需(xu)求(qiu)，我(wo)們(men)將(jiang)在(zai)下(xia)麵(mian)討(tao)論(lun)。根(gen)據(ju)所(suo)選(xuan)的(de)天(tian)線(xian)尺(chi)寸(cun)和(he)發(fa)射(she)功(gong)率(lv)要(yao)求(qiu)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)高(gao)度(du)集(ji)成(cheng)的(de)矽(gui)方(fang)法(fa)，也(ye)可(ke)以(yi)是(shi)矽(gui)波(bo)束(shu)成(cheng)型(xing)與(yu)離(li)散(san)PA和LNA的組合。

 

在之前的工作中，對變送器功率與技術選擇之間的關係進行了分析


，在此不再全麵重複。但是，為了總結這一分析
，我們在圖3中包含了一個圖表。功率放大器技術的選擇基於綜合考慮所需的變送器功率、天線增益（元件數）和所選技術的RF發電能力。

 

圖3. 60 dBm EIRP的天線所需的變送器功率、天線尺寸和半導體技術選擇之間的關係

 

如圖所示，可以在前端使用II-V技術（低集成方法）或使用基於矽的高集成方法，通過較少的天線元件來實現所需的 EIRP。每種方法都有各自的優缺點，而實際的實現取決於工程在規模、重量
、直流功耗和成本方麵的權衡。為了為表1中導出的案例生成60 dBm的EIRP，ADI 公司 Thomas Cameron 博士在2018 國際固態電路會議上的演示文稿“5G毫米波無線電的架構與技術”中進行的分析得出，最佳天線尺寸介於128至256個元件 之間，較低的數量通過GaAs功率放大器實現
，而較大的數量可 采用全矽波束成型基於RF IC的技術實現。

 

表1. 5G基站示例

 

現在讓我們從不同的角度來研究這個問題。60 dBm EIRP是FWA常用的EIRP目標，但數值可能更高或更低，具體取決於基站和周圍環境的期望範圍。由於部署情形變化很大，無論是樹木成蔭的地區、街道峽穀地區
，還是廣闊的空地
，都有大量的路徑損耗需要根據具體情況進行處理。例如
，在假定為LOS的密集城市部署中，EIRP目標可能低至50 dBm。

 

FCC按設備類別設定有定義和發布的規格，以及發射功率限製，這裏我們遵循基站的3GPP術語。如圖4所示，設備類別或多或少地限定了功率放大器的技術選擇。

 

圖4. 基於變送器功率的各種毫米波無線電尺寸適配技術

 

雖然這不是一門精確的科學，但我們可以看到

，移動用戶設備（手機）非常適合 CMOS技ji術shu
，相xiang對dui較jiao低di的de天tian線xian數shu量liang可ke以yi達da到dao所suo需xu的de變bian送song器qi功gong率lv。這zhe種zhong類lei型xing的de無wu線xian電dian將jiang需xu要yao高gao度du集ji成cheng和he省sheng電dian才cai能neng滿man足zu便bian攜xie式shi設she備bei的de需xu求qiu。本ben地di基ji站zhan（小型蜂窩）和消費者終端設備（可移動電 源）要求類似，涉及從變送器功率要求低端的CMOS到更高端的SiGe BiCMOS的一係列技術。中程基站非常適合SiGe BiCMOS技 術，可實現緊湊的外形尺寸。在高端，對於廣域基站來說
，可以應用各種技術，具體取決於對天線尺寸和技術成本的權衡。盡管可在60 dBm EIRP範圍內應用SiGe BiCMOS
，但GaAs或GaN功率放大器更適合更高的功率。

 

圖4xianshiledangqianjishudekuaizhao

，danxingyezhengzaiqudehendajinzhan
，jishuyezaibuduangaijin，ertigaohaomibogonglvfangdaqidezhiliugonglvxiaolvshishejirenyuanmianlindezhuyaotiaozhanzhiyi。

 

隨著新技術和PA架jia構gou的de出chu現xian，上shang麵mian的de曲qu線xian將jiang發fa生sheng變bian化hua，並bing將jiang為wei高gao功gong率lv基ji站zhan提ti供gong集ji成cheng度du更geng高gao的de結jie構gou。最zui後hou我wo們men再zai複fu習xi一yi下xia上shang麵mian的de觀guan點dian，對dui波bo束shu成cheng型xing部bu分fen進jin行xing總zong結jie——目前還沒有一種萬能的方法
，可能需要設計各種前端設計來解決從小型蜂窩到宏的各種用例。

 

 

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