Tecnología de microondas - Síntesis de haces de ondas milimétricas

Anteriormente, compartimos escenarios de despliegue y precauciones de propagación de la placa de comunicación de ondas milimétricas. Hoy echemos un vistazo a varios métodos de formación de haz: analógico, digital y híbrido. estoy seguro de que todos ustedes están familiarizados con el concepto de formación de haz analógico. Aquí tenemos un convertidor de datos que puede convertir la señal digital en una banda base de banda ancha o una señal de frecuencia intermedia y conectar un transceptor de radio que realiza el procesamiento de conversión hacia arriba y hacia abajo. En RF (por ejemplo, 28 ghz), dividimos una sola ruta RF en varias rutas y realizamos la síntesis de haces controlando la fase de cada ruta para formar haces en un campo lejano en la dirección del usuario objetivo. Esto permite que cada ruta de datos guíe un solo haz, por lo que en teoría, podemos usar la arquitectura para servir a un usuario a la vez.

La formación de haz digital hace lo que dice. El cambio de fase se realiza completamente en el circuito digital y luego se alimenta a la matriz de antenas a través de la matriz de transceptores. En pocas palabras, cada transceptor está conectado a un elemento de antena, pero en la práctica, dependiendo de la forma del sector requerido, cada dispositivo de radio puede tener varios elementos de antena. Este método digital logra la máxima capacidad y flexibilidad y admite la planificación de desarrollo de mimo multiusuario a frecuencias de ondas milimétricas, similares a los sistemas if. Esto es muy complicado teniendo en cuenta las tecnologías disponibles actualmente y consumirá demasiada corriente continua en circuitos de radiofrecuencia o digitales. Sin embargo, con el desarrollo de la tecnología futura, la radio de ondas milimétricas realizará la síntesis digital de haces.

El método de formación de haz más práctico y eficaz recientemente es la formación de haz digital - analógico híbrido, que combina esencialmente la precoding digital y la formación de haz analógico, produciendo múltiples haces simultáneamente en un solo espacio (multiplexaje espacial). Al guiar la Potencia a un usuario objetivo con un haz estrecho, la Estación base puede reutilizar el mismo espectro mientras presta servicios a varios usuarios en la brecha de tiempo. Aunque en la literatura se han reportado varios métodos diferentes de formación de haz híbrido, el método de Submatriz mostrado aquí es la implementación más práctica, simulando esencialmente los pasos y repeticiones de la formación de haz. En la actualidad, los sistemas reportados admiten de dos a ocho flujos digitales y pueden usarse para apoyar a un solo usuario al mismo tiempo o para proporcionar dos o más capas de mimo a un número menor de usuarios.

Echemos un vistazo más de cerca a las opciones técnicas de formación de haz simulado, es decir, los bloques de construcción de formación de haz híbrido. Aquí, dividimos el sistema de formación de haz analógico en tres módulos para el procesamiento: digital, de bits a ondas milimétricas y de formación de haz. Esta no es una forma real de dividir el sistema, porque la gente va a poner todos los componentes de ondas milimétricas cerca para reducir las pérdidas, pero la razón de esta División pronto se hará evidente.

Varios métodos de síntesis de haces

La capacidad de formación de haces está impulsada por varios factores, incluyendo la forma y distancia del segmento, el nivel de potencia, la pérdida de ruta, el límite térmico, etc., y es el segmento del sistema de ondas milimétricas, que requiere cierta flexibilidad a medida que la industria aprende y madura. Aún así, desde pequeñas células hasta macros, todavía se necesitan varios niveles de potencia de transmisión para hacer frente a diferentes escenarios de despliegue. Por otro lado, la radio de onda poco a milimétrica para estaciones base requiere mucha menos flexibilidad y puede derivarse en gran medida de la norma actual release 15. En otras palabras, los diseñadores pueden combinar múltiples configuraciones de formación de haz para reutilizar la misma radio. Esto no es diferente de los sistemas de radio celulares actuales, en los que los pequeños segmentos de señal son comunes en varias plataformas y la parte delantera de cada caso de uso es más personalizada.

Cuando cambiamos de digital a antena, hemos trazado un mapa de progreso de la tecnología subyacente de la cadena de señales. Por supuesto, tanto la señal digital como la señal Mixta se generan en el proceso CMOS de línea fina. De acuerdo con los requisitos de la estación base, todo el enlace de señal se puede desarrollar con CMOS o una combinación de tecnología más probable para proporcionar el mejor rendimiento del enlace de señal. Por ejemplo, una configuración común es utilizar un convertidor de datos CMOS con conversión de ondas milimétricas sige - bicmos if de alto rendimiento. Como se muestra en la imagen, de acuerdo con los requisitos del sistema, se pueden usar varias tecnologías para lograr la formación de haz, y discutiremos a continuación. De acuerdo con el tamaño de la antena seleccionada y los requisitos de potencia de transmisión, se puede lograr un método de silicio altamente integrado o una combinación de formación de haz de silicio con pa e LNA discretos.

Relación entre la Potencia del transmisor necesaria para la antena dBm eirp, el tamaño de la antena y la elección de la tecnología de semiconductores

En el trabajo anterior, se analizó la relación entre la Potencia del transmisor y la elección de la tecnología, que ya no se detalla aquí. Sin embargo, para resumir este análisis, incluimos un gráfico en la figura 3. La elección de la tecnología de amplificación de potencia se basa en una consideración integral de la Potencia del transmisor requerido, la ganancia de antena (número de componentes) y la capacidad de generación de radiofrecuencia de la tecnología seleccionada. Utilizando la tecnología II - V (método de baja integración) o el método de alta integración basado en silicio en la parte delantera, se puede lograr el EIRP necesario con menos elementos de antena. Cada método tiene sus ventajas y desventajas, y la implementación real depende de las compensaciones de ingeniería en términos de escala, peso, potencia de corriente continua y costo. Con el fin de generar un EIRP de 60 dBm para la situación derivada en la tabla 1, el análisis realizado por el doctor Thomas Cameron de Adi en su discurso "arquitectura y tecnología de la radio de ondas milimétricas 5g" en la Conferencia Internacional de circuitos de estado sólido 2018 concluyó que el tamaño óptimo de la antena está entre 128 y 256 componentes y que se puede lograr un número menor a través del amplificador de Potencia gaas, mientras que la formación de haz de silicio completo basada en la tecnología IC de radiofrecuencia puede lograr un número mayor.

Ahora veamos este tema desde otro punto de vista. El EIRP de 60dbm es un objetivo común del EIRP para la fwa, pero el valor puede ser mayor o menor en función del rango esperado de la Estación base y el entorno circundante. Debido a las grandes diferencias en los escenarios de despliegue, hay una gran pérdida de caminos, ya sea en áreas arboladas, cañones callejeros o espacios abiertos, que deben resolverse de acuerdo con las circunstancias específicas. Por ejemplo, en un despliegue urbano intensivo que se supone que es los, el objetivo del EIRP puede ser tan bajo como 50 dbm.

FCC establece las especificaciones definidas y publicadas por categoría de equipo y limitación de potencia de transmisión, donde seguimos el término Estación base 3gpp. Las categorías de dispositivos limitan más o menos las opciones técnicas de los amplificadores de potencia.

Varias tecnologías adaptativas de tamaño de radio de ondas milimétricas basadas en la Potencia de transmisión

Aunque no es una ciencia precisa, podemos ver que los dispositivos de usuario móvil (teléfonos móviles) son muy adecuados para la tecnología cmos, en la que se pueden usar relativamente pocas antenas para lograr la Potencia de transmisor requerida. Este tipo de radio requerirá un alto grado de integración y ahorro de energía para satisfacer las necesidades de dispositivos portátiles. Las estaciones base locales (pequeñas comunidades) y los dispositivos terminales de consumo (fuentes de alimentación portátiles) requieren requisitos similares, involucrando una serie de tecnologías desde los requisitos de potencia de los transmisores CMOS de gama baja hasta los sige - bicmos de gama alta. La Estación base de gama media es muy adecuada para la tecnología sige - bicmos y puede lograr un tamaño global compacto. En la gama alta, para las estaciones base de área amplia, se pueden aplicar diversas tecnologías, dependiendo de la compensación entre el tamaño de la antena y el costo técnico. Aunque sige - bicmos se puede aplicar en el rango EIRP de 60dbm, los amplificadores de potencia GaAs o gan son más adecuados para una mayor potencia.

Instantánea de la tecnología actual, pero la industria está haciendo grandes progresos y la tecnología está mejorando constantemente. mejorar la eficiencia de la Potencia de corriente continua de los amplificadores de potencia de onda milimétrica es uno de los principales desafíos que enfrentan los diseñadores.

Con la aparición de nuevas tecnologías y arquitectura pa, la curva de la placa de comunicación de ondas milimétricas cambiará y proporcionará una estructura más integrada para las estaciones base de alta potencia. Por último, repasemos los puntos anteriores para resumir la parte de formación de haz - No hay un enfoque único para todos, puede ser necesario varios diseños Front - end para resolver casos de uso desde unidades pequeñas hasta macros.