Teknologi Microwave - Sintesis cahaya gelombang milimeter

Sebelum ini, kami berkongsi skenario penerbangan papan komunikasi milimeter-gelombang dan pertimbangan penyebaran. Hari ini, kita akan melihat berbagai kaedah bentuk cahaya: analog, digital, dan hibrid. Saya yakin anda semua familiar dengan konsep cahaya analog. Di sini, kita mempunyai penukar data yang menukar isyarat digital ke dan dari band dasar lebar atau isyarat IF, menyambung penerima radio yang melakukan proses penukaran atas dan bawah. Dalam rf (contohnya, 28 GHz), kita bahagikan laluan RF tunggal ke laluan berbilang dan melakukan sintesis cahaya dengan mengawal fasa setiap laluan untuk membentuk cahaya dalam medan jauh dalam arah pengguna sasaran. Ini membenarkan setiap laluan data untuk memimpin satu sinar, jadi dalam teori, kita boleh menggunakan arsitektur untuk melayani satu pengguna pada satu masa.

Pembentukan sinar digital bermakna apa yang ia katakan. Perubahan fasa dilaksanakan sepenuhnya dalam sirkuit digital dan kemudian diberi makan ke array antena melalui array penerima. Setiap penerima tersambung kepada satu unsur antena, tetapi dalam praktek, setiap radio boleh mempunyai unsur antena berbilang, bergantung kepada bentuk sektor yang diinginkan. pendekatan digital ini membolehkan kapasitas maksimum dan fleksibiliti dan menyokong perancangan pembangunan MIMO pengguna berbilang pada frekuensi gelombang-milimeter, sama seperti sistem jika. Ini sangat kompleks dan akan memakan terlalu banyak kuasa DC, sama ada dalam sirkuit rf atau digital, mengingat teknologi yang tersedia sekarang. Namun, dengan pengembangan teknologi masa depan, radio gelombang milimeter akan mempunyai sintesis sinar sinar digital.

Kaedah penciptaan cahaya yang paling praktik dan berkesan baru-baru ini adalah penciptaan cahaya digital-analog hibrid, yang pada dasarnya menggabungkan prekodi digital dengan penciptaan cahaya analog untuk menghasilkan cahaya berbilang secara bersamaan dalam ruang tunggal (penggunaan semula ruang). Dengan mengarahkan kuasa kepada pengguna sasaran dengan sinar sempit, stesen asas boleh menggunakan semula spektrum yang sama semasa melayani pengguna berbilang dalam slot masa tertentu. Walaupun terdapat beberapa pendekatan berbeza untuk bentuk cahaya hibrid dilaporkan dalam literatur, pendekatan subarray yang dipaparkan di sini adalah pelaksanaan yang paling praktik, pada dasarnya simulasi langkah dan pengulangan bentuk cahaya. Semasa, sistem yang dilaporkan menyokong dua hingga lapan strim digital dan boleh digunakan untuk menyokong pengguna tunggal pada masa yang sama atau untuk menyediakan dua atau lebih lapisan MIMO kepada bilangan pengguna yang lebih kecil.

Mari kita lihat lebih dekat pada pilihan teknik untuk bentuk cahaya analog, iaitu blok bangunan untuk bentuk cahaya hibrid. Di sini, kita bahagikan sistem pembentukan cahaya analog kepada tiga modul untuk memproses: digital, bit kepada millimeter gelombang, dan pembentukan cahaya. Ini bukan cara sistem sebenar dibahagi, kerana anda akan meletakkan semua komponen gelombang milimeter dekat untuk mengurangi kerugian, tetapi sebab bagi bahagian ini akan segera menjadi jelas.

Kaedah sintesis cahaya berbeza

Kemampuan pencahayaan dipandu oleh beberapa faktor, termasuk bentuk segmen dan jarak, aras kuasa, kehilangan laluan, had suhu, dll., dan adalah segmen sistem gelombang-milimeter yang memerlukan beberapa fleksibiliti semasa industri belajar dan dewasa. Walaupun demikian, pelbagai tahap kuasa penghantaran akan terus diperlukan untuk mengatasi skenario penghantaran yang berbeza, dari sel kecil ke makro. Radio gelombang bit ke milimeter untuk stesen asas, pada sisi lain, memerlukan lebih kurang fleksibiliti dan boleh diperoleh sebahagian besar dari spesifikasi Release 15 semasa. Dengan kata lain, desainer boleh menggunakan semula radio yang sama dalam kombinasi dengan konfigurasi berbilang bentuk cahaya. Ini tidak berbeza dengan sistem radio sel semasa, di mana segmen isyarat kecil adalah biasa melalui platform dan hujung depan setiap kes penggunaan lebih disesuaikan.

Apabila kita bergerak dari digital ke antena, kita telah memetakan kemajuan teknologi dasar untuk rantai isyarat. Sudah tentu, kedua-dua isyarat digital dan campuran dijana dalam proses CMOS garis-tipis. Bergantung pada keperluan stesen asas, seluruh rantai isyarat boleh dikembangkan dalam CMOS atau, lebih mungkin, campuran teknologi untuk menyediakan prestasi optimal untuk rantai isyarat. Contohnya, konfigurasi umum adalah untuk menggunakan penukar data CMOS dengan SiGe BiCMOS IF prestasi tinggi kepada penukaran gelombang-milimeter. Seperti yang dipaparkan, pembentukan cahaya boleh dicapai menggunakan berbagai teknik, bergantung pada keperluan sistem, yang kita bincangkan di bawah. Bergantung pada saiz antena yang dipilih dan keperluan kuasa penghantaran, pendekatan silikon yang terintegrasi tinggi atau kombinasi cahaya silikon dengan PA dan LNA yang jelas boleh dicapai.

Hubungan antara kuasa penghantar yang diperlukan untuk antena EIRP dBm, saiz antena, dan pemilihan teknologi setengah konduktor

Dalam kerja terdahulu, hubungan antara kuasa penghantar dan pemilihan teknologi dianalisis, yang tidak akan diulang sepenuhnya di sini. Bagaimanapun, untuk ringkasan analisis ini, kita termasuk kad dalam Figur 3. Pilihan teknologi penguasa kuasa berdasarkan pertimbangan meliputi kuasa penghantar yang diperlukan, keuntungan antena (bilangan unsur), dan kapasitas penghasilan RF teknologi yang dipilih. EIRP yang diperlukan boleh dicapai dengan lebih sedikit unsur antena menggunakan teknologi II-V (pendekatan integrasi rendah) atau pendekatan integrasi tinggi berdasarkan silikon di bahagian depan. Setiap pendekatan mempunyai keuntungan dan kelemahan, dan pelaksanaan sebenar bergantung pada rekayasa perdagangan dalam terma skala, berat badan, kuasa DC, dan kos. Untuk menghasilkan EIRP 60 dBm untuk kes yang ditambah dalam Jadual 1, analisis yang dilakukan oleh Dr. Thomas Cameron ADI dalam persembahan "Arkitektur dan Teknologi untuk Radio gelombang 5G Millimeter" di Perkonferensi Selatan-Negara Internasional 2018 berakhir bahawa saiz optimal antena adalah antara 128 dan 256 unsur, kuantiti yang lebih rendah dicapai melalui amplifier kuasa GaAs, Sementara kuantiti yang lebih besar boleh dicapai menggunakan bentuk cahaya semua silikon berdasarkan teknologi RF IC.

Sekarang mari kita lihat ini dari sudut yang berbeza. EIRP 60 dBm adalah sasaran EIRP umum untuk FWA, tetapi nilai boleh lebih tinggi atau lebih rendah bergantung pada julat dijangka stesen asas dan persekitaran sekeliling. Sebagaimana skenario penerbangan berbeza secara luas, sama ada, dalam kawasan-garis pokok, kanyon jalan, atau ruang-ruang terbuka lebar, terdapat jumlah yang signifikan kehilangan laluan yang perlu dijalankan secara kes-kes. Contohnya, dalam penerbangan bandar yang padat dianggap sebagai LOS, sasaran EIRP mungkin sebanyak 50 dBm.

FCC tetapkan spesifikasi ditakrif dan diterbitkan mengikut kategori peranti, serta had kuasa penghantaran, dan di sini kita mengikut terminologi 3GPP untuk stesen as as. Kategori peralatan lebih atau kurang membatasi pilihan teknikal untuk penyembah kuasa.

Teknologi penyesuaian saiz radio gelombang berbeza milimeter berdasarkan kuasa penghantar

Walaupun ini bukan sains yang tepat, kita boleh lihat bahawa peranti pengguna bimbit (telefon bimbit) sesuai dengan teknologi CMOS, di mana kuasa penghantar yang diperlukan boleh dicapai dengan bilangan antena relatif rendah. Jenis radio ini perlu diintegrasikan dan efisien kuasa untuk memenuhi keperluan peranti portable. Keperluan untuk stesen asas setempat (sel kecil) dan peranti terminal pengguna (sumber kuasa portable) adalah sama, melibatkan julat teknologi dari keperluan kuasa penghantar CMOS berakhir rendah ke BiCMOS SiGe berakhir tinggi. Stesen asas julat tengah sesuai dengan teknologi SiGe BiCMOS dan boleh mencapai saiz keseluruhan kompak. Pada akhir tinggi, untuk stesen dasar kawasan luas, berbagai-bagai teknologi boleh dilaksanakan, bergantung pada perdagangan antara saiz antena dan kos teknologi. Walaupun SiGe BiCMOS boleh dilaksanakan dalam julat EIRP 60 dBm, penyembah kuasa GaAs atau GaN lebih sesuai untuk kuasa yang lebih tinggi.

gambar teknologi semasa, tetapi industri sedang membuat langkah yang besar dan teknologi terus bertambah baik, dan meningkatkan efisiensi kuasa DC bagi penumpang kuasa MMW adalah salah satu cabaran utama yang dihadapi para desainer.

Bila teknologi baru dan arkitektur PA muncul, lengkung papan komunikasi gelombang milimeter akan berubah dan menyediakan struktur yang lebih terintegrasi untuk stesen asas tenaga tinggi. Akhirnya, mari kita ulangi titik-titik di atas untuk membungkus seksyen bentuk cahaya - tiada satu-saiz-serasi-semua, dan pelbagai rancangan-bahagian depan mungkin diperlukan untuk mengatasi kes penggunaan yang berlainan dari sel kecil ke makro.