RFSoC数位射频在大规模MIMO无线电系统有什么应用？

2526 无线电 MIMO

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 第五代(5G)无线存取网络是为了满足对容量不断成长的需求，以及2020年之后新的使用情境与应用。5G新无线电技术(NR)针对每位用户高达10Gbps的最高数据传输率，提供增强型行动宽带(eMBB)服务，与第四代无线网络相比，约提升100倍。大规模MIMO，或称大规模数组天线(Massive MIMO)是达成效能提升的关键技术，尤其适合于6GHz以下不常使用的时分双工(TDD)频段，如Band 40(2.3GHz)、Band 41(2.5GHz)、Band 42(3.5GHz)、Band 43(3.7GHz)，以及尚未授权的新兴频段。 0
2019-9-11 11:52:36　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 16 个回答。邀请回答 ChristineGu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 HengDu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 dfasda 该类别下有 15 个回答。邀请回答 nhonglan 该类别下有 15 个回答。邀请回答 yonglanzhang 该类别下有 15 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 14 个回答。邀请回答 muwersddg 该类别下有 14 个回答。邀请回答杀狼000 该类别下有 14 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 14 个回答。邀请回答 C880U 该类别下有 14 个回答。邀请回答 jhdfvs 该类别下有 14 个回答。邀请回答 billbian 该类别下有 13 个回答。邀请回答 a732538 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hrtuoyu 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 13 个回答。邀请回答 thyysbk 该类别下有 13 个回答。邀请回答凡人wlj 该类别下有 13 个回答。邀请回答 kszdj113 该类别下有 13 个回答。邀请回答飞雪9366 该类别下有 13 个回答。邀请回答举报李贤杰相关推荐 • 大规模MIMO的性能 2091 • 关于支持紧凑型5G大规模MIMO网络无线电的RF前端系列的知识点总结的太棒了 1941 • 请问一下大规模MIMO的原型怎么制作？ 1802 • 构建大规模MIMO的难点在哪？ 1377 • 大规模MIMO的利弊 2480 • 什么是射频仪器？什么是软件无线电？ 1714 • 软件无线电技术在未来移动通信系统中有哪些应用？ 1802 • 5G大规模MIMO天线阵列3D OTA测试 3654 • 软件无线电在射频检测仪器和射频检测方法上的应用介绍 1547 • 5G无线通信网络的挑战 3014 2个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 大规模MIMO系统能支持动态数字波束成形(Dynamic Digital Beamforming)来执行每位用户的波束成形，理论上能提供每位用户完整的基地台容量；在其它情况下，上述容量则依据时间与频率由用户共享。客户端无须改变现有设备，即可受惠于具备大规模MIMO功能的行动通讯基地台。大规模MIMO的前景相当诱人，让许多业者等不及5G NR标准完成，就已考虑部署在4G设备上，不过，这些好处也带来一系列的挑战。由于落实大规模MIMO无线技术系统会使复杂性提升数倍，随之而来的较大系统体积、更高的功耗与成本需求便成为一大障碍。若想克服这些挑战，必须将无线技术中的模拟讯号链与数字前端(DFE)装置进行整合，并大幅提升讯号处理运算能力。大规模MIMO与波束成形波束成形并非全新概念，在行动通讯市场中，它已被用为主动式天线系统(AAS)，其在无线电中运用静态波束成形，来达到系统成本与复杂性的平衡。主动式天线系统适用于讯号涵盖范围有限的网络，但今日壅塞的网络需要动态数字波束成形，以获得频谱效率提升所带来的所有益处。具备完整数字波束成形的大规模MIMO，除了频率与时间之外还增加了空间维度，可以大幅提升频谱效率。数组增益与多波束正交性产生的讯噪比(SNR)改善，意谓着同样的时间与频率分配，可由多名用户重复使用(图1)。图1　主动式天线系统与大规模MIMO

2019-9-11 15:59:23 评论举报胡雄相

答案对人有帮助，有参考价值 0 基地台分解与功能性分割由于大规模MIMO架构相关的复杂性，基地台必须分解以支持新的功能性分割，来管理系统内的连接带宽。例如，在100MHz 64T64R天线数组系统中，假定基频与无线电功能各利用一个组件来运行，此时基频与无线电功能间的带宽则为230Gbps。事实上，系统往往使用多个组件来运行8T8R或16T16R数组DFE无线电功能模块，因此使得系统内连接带宽的需求多出一倍以上。图2说明大规模MIMO无线电系统的概念图。图2　大规模MIMO的概念架构数字无线电处理模块透过整合的模拟数字转换器(ADC)与数字模拟转换器(DAC)，来执行8T8R或16T16R的DFE功能。为了降低系统空间体积、功耗与成本，必须去除接合数字与模拟领域所需的JESD204B连接链路。波束成形装置为无线电技术带来第一层(Layer 1；L1)基频功能性，能大幅降低更高层基频功能的连接带宽需求，而这些更高层基频功能，现阶段在行动边缘运算上存在虚拟化的潜在可能。整合、灵活性，与更高的运算能力是三大关键需求，以落实大规模MIMO系统的优化，并有助于相关的波束成形与DFE算法的演进，进而不断改善效能、成本与功耗。成本/功耗/体积提升　主动讯号链商转挑战大落实5G NR大规模MIMO需在无线电装置中有大量的主动讯号链，来连接数组中的每支天线，或天线数组子集。传统上这些主动讯号链会包含数据转换器、滤波器、混波器、功率放大器与低噪讯放大器，进而导致系统的耗电、体积与成本显著增加，因此大规模MIMO系统中的大量主动讯号链会造成系统耗电与空间体积增加，较不易成为可商转应用的系统。让资料在射频前端(RFFE)与DFE间移动的相关成本，不管是对软件、硬件或系统层级上，都是5G领域必须解决的主要挑战。为了解决此一挑战，目前已有相关业者，如赛灵思(Xilinx)把直接无线射频取样数据转换器(Direct RF-sampling Data Converters)，整合至专为无线电应用设计与布署的16奈米FinFET多重处理系统芯片(MPSoC)系列产品中，来取代电路板上多种ADC、DAC，以及其它许多RF组件。此新推出的SoC组件系列称为「可完全编程射频系统单芯片」(All Programmable RFSoC)，其单片整合无线射频取样数据转换器技术，为无线电系统提供硬件与软件皆可完全编程的宽带宽平台。此一架构采用Arm处理子系统，并结合FPGA可编程逻辑技术，来展现12位4GSPS无线射频取样ADC，与14位6.4GSPS直接无线射频DAC，以及优化的数字讯号降频与升频处理的技术。利用整合无线射频取样数据转换器技术，将射频带入数字领域，不但可以克服功耗、空间体积与成本的劣势，同时也可达成宽带宽与多频段系统。现有无线电系统中的模拟射频，通常在设计上用来产生缓解且离散的数据转换器规格。此外，离散数据转换器与模拟射频组件，采用较为旧型的处理节点，且通常针对窄带宽进行优化。这导致模拟射频解决方案用在宽带宽MIMO与大规模MIMO无线电系统时，无论体积大小、耗电与成本都相当昂贵。因此整合高速数据转换器、6.4GSPS直接无线射频DAC与4GSPS无线射频取样ADC，可以让数字射频更具弹性、耗用更低电量同时带宽更宽，因此相当适合建构小体积、低耗电与低成本的MIMO与大规模MIMO系统。借力16奈米FinFET　数位射频运行一路顺畅高速射频组件的单片整合，受惠于16奈米FinFET制程的优异模拟晶体管特性。晶体管通电时阻力相当低，可以执行具高精度的宽带宽无线射频取样讯号切换。如此一来，就可以整合具成本与功耗效益的高速比较器、放大器、频率电路与具有优异特性的数字辅助模拟校准逻辑。相较于65奈米(通常用于模拟射频组件)，在16奈米FinFET上进行数字操作带来十倍以上的体积缩减，及耗电量也减少四倍。整合至RFSoC的数字射频资源，包含6.4GSPS DAC与4GSPS ADC的多频道、已整合的低相位噪讯锁相回路(PLL)，以及完整的复频混波器(Complex Mixer)，且每个DAC与ADC各有48位的数值控制震荡器(NCO)。射频数据转换器数组具有1倍、2倍、4倍与8倍的内插(Interpolation)与取样降频滤波器(DecimaTIon Filter)，并能运行灵活的FPGA结构接口。此外，直接无线射频DAC模块，则运行正交调变修正(QMC)与Sin x/x(Sinc)修正滤波器(图3)。图3　RFSoC数字射频资源在RFSoC上落实大规模MIMO系统图4显示运用RFSoC组件运行的典型大规模MIMO无线电。RFSoC具有100G强固级以太网络MAC/PCS的33Gbps收发器，其可依前传接口特点的不同(25G CPRI或ECPRI协议)，来运用其中的RS-FEC。部份的L1功能，例如逆/正向快速傅立叶变换(iFFT/FFT)，以及相关联的实体随机存取频道处理，则可移至无线电部份，可在无线电与基频单元之间减少50%的带宽(及成本与功耗上的节省)。RFSoC组件能提供丰富的高效能、低功率数字信号处理器(DSP)资源，以进行包括数字升频器(Digital up Conversion)、峰波因子抑制(Crest Factor ReducTIon, CFR)、数位预失真(Digital Pre-distorTIon, DPD)、被动互调(Passive IntermodulaTIon)修正，等化与降频等DFE技术。通过在传送路径使用适当的内插滤波器，及接收路径使用适当的取样降频滤波器，可以在高频率频率、且不受FPGA结构频率影响下，运行RF-DAC及RF-ADC，以利更佳的频率规划。在仔细的频率规划下，可利用整合的射频讯号链的宽带宽，同步支持多个频段，诸如FDD大规模MIMO使用的Band 1与Band 3，以及TDD大规模MIMO使用的Band 38、40、41与Band 42和43等。RFSoC拥有四核ARM Cortex-A53多核心处理器，运作频率最高可达1.5GHz，另外还有双核实时Arm Cortex-R5多核心处理器，运作频率达533MHz。对于运算预失真系数与进行系统管控、射频校准与一般运作及维修来说，这是重要的运算资源。可编程逻辑线路加上系统芯片运算，可用来支持开源应用程序编程接口(API)，让无线电系统碰到软件定义网络的未来环境时，也能满足无线电系统依据客户需求进行动态配置的要求。机器学习算法可在此结构上有效运行，并自动管理数量愈来愈多的零碎频谱频段、频谱分享及托管虚拟行动网络电信公司(MVNO)。图4　在减少部分L1功能下，于RFSoC上运行大规模MIMO无线电为顺利进行整合，FPGA厂商提供针对CFR与DPD的打造的DFE IP，以及针对4G、LTE-Pro与5G应用的DFE子系统参考设计与DFE展示套件。为了呈现RFSoC上的系统效能，可将采用ZU28DR组件的RFSoC特征基板连接至射频前端卡，采用两个传送与两个多任务接收路径，来支持功率放大器回馈(如图5所示)。依此进行基板设定，并将单一功率放大器连接至一对DAC/ADC后，就完成采用FPAG厂商现有16奈米MPSoC组件之DFE参考设计(2.1版本)的快速端口，并运用RFSoC与16奈米SoC在结构上的共通性，让更复杂设计时还能重复使用。在此设计中，CFR IP运作的取样频率达245.76MSps(针对TM3.1a讯号在7.5分贝峰值对平均功率比(PRPR)的情况下，达成3%的误差向量幅度(EVM))，而DPD IP的运作取样频率则达到491.52MSps(DAC/ADC在第二奈奎斯特区，利用3.93216 GSps频率与8倍内插/整数倍降低取样率(Decimation)运作)，而2c LTE20+1c LTE20合成讯号则处于160MHz的瞬时带宽内。放大器输出为45dBm或32瓦。在运行DPD后，达到的加速运算平台(ACP，如图5右侧显示)为54.91dBc，而Upper ACP则为-55.14dBc，容限充足且符合LTE频谱辐射模板(SEM)所需。图5　针对2c LTE20+1c LTE设置的RFSoC，瞬间带宽达160MHz 落实5G NR、LTE-Advanced Pro MIMO及大规模MIMO无线电系统设计，须要面对多元、多频段需求，同时还须减少系统体积、功耗与成本问题。而解决这些挑战的方式有许多种，而其中已有看到业界采用单芯片整合「高速、宽带宽无线射频取样数据转换器」与「结构缜密的数字内讯号处理及运算资源」，来解决大规模MIMO的挑战

2019-9-11 15:59:32 评论举报张波