СВЧ технология - Лучевой синтез миллиметровых волн

Раньше мы делились панель миллиметровой связи сценарии развертывания и рекомендации по распространению. Сегодня, мы будем изучать методы формирования различных лучей: моделирование, digital, and hybrid. I'm sure you're all familiar with the concept of analog beamforming. Here, У нас есть преобразователь данных, который может преобразовать цифровые сигналы в широкополосную базовую или среднечастотную, радиоприемопередатчик, подключенный к выполнению верхней и нижней конверсии. In rf (for example, 28 GHz), we divide a single RF path into multiple paths and perform beam synthesis by controlling the phase of each path to form a beam in the far-field in the direction of the target user. This allows each data path to guide a single beam, so in theory, Мы можем использовать структуру системы для обслуживания пользователя один раз.

формирование цифрового луча - это именно то, что он имел в виду.. The phase shift is implemented entirely in a digital circuit and is then fed to the antenna array via a transceiver array. Simply put, each transceiver is connected to one antenna element, но на самом деле, each radio can have multiple antenna elements, depending on the shape of the desired sector. This digital approach enables maximum capacity and flexibility and supports multi-user MIMO development planning at millimeter-wave частота, similar to if systems. This is very complex and will consume too much DC power, either in rf or digital circuits, с учетом имеющихся технологий. Однако, with the development of future technology, радио миллиметрового диапазона будет синтезировать цифровой луч.

The most practical and effective recent beamforming method is hybrid digital-analog beamforming, which essentially combines digital precoding with analog beamforming to produce multiple beams simultaneously in a single space (spatial reuse). наводить электроэнергию к целевому пользователю через узкий луч, a base station can reuse the same spectrum while serving multiple users in a given time slot. While there are several different approaches to hybrid beamforming reported in the literature, метод отображения субмассива является наиболее практичным, в основном имитировать шаги и повторение формирования луча. сейчас, the reported system supports two to eight digital streams and can be used to support a single user at the same time or to provide two or more layers of MIMO to a smaller number of users.

Let's take a closer look at the technical options for analog beamforming, блок построения для формирования смешанного луча. Here, we divide the analog beamforming system into three modules for processing: digital, bit to millimeter wave, формирование луча. This is not the way a real system is divided, как люди собираются все компоненты миллиметровых волн для уменьшения потерь, Но причины такого раскола быстро становятся очевидными.

метод синтеза различных лучей

Beamforming capabilities are driven by several factors, форма и расстояние сегмента, power levels, потеря пути, тепловой предел, etc., Это все миллиметровая волнаsystems that require some flexibility as the industry learns and matures. Тем не менее, для того чтобы решить различные сценарии развертывания, будет по - прежнему необходим уровень передачи мощности, from small cells to macros. Bit to millimeter wave radios for base stations, on the other hand, требуемая гибкость гораздо меньше и в значительной степени может быть обеспечена за счет существующих норм Release 15. Иными словами, designers can reuse the same radio in combination with multiple beamforming configurations. Это не отличается от нынешней сотовой радиосистемы, where small signal segments are common across platforms and the front end of each use case is more customized.

когда мы переключились с цифровых на антенну, мы составили карту прогресса в развитии технологии, лежащей в основе цепи сигналов. Конечно, цифровые и смешанные сигналы генерируются в процессе CMOS на тонких линиях. В соответствии с требованиями базовой станции вся цепь сигналов может быть разработана с использованием CMOS или, возможно, более вероятной гибридной технологии для обеспечения оптимальной производительности цепи. Так, например, обычно используются преобразователи данных CMOS с высокой производительностью SiGe BiCMOS для преобразования промежуточных частот в миллиметровые. Как показано на диаграмме, в зависимости от потребностей системы для формирования луча можно использовать различные технологии, о чем мы будем говорить ниже. В соответствии с размерами выбранных антенн и требованиями к передаваемой мощности можно достичь высокой степени интеграции кремниевого метода или кремниевого луча в комбинации с дискретными PA и LNA.

зависимость мощности передатчика от антенны, antenna size, and semiconductor technology selection

In the previous work, the relationship between transmitter power and technology selection is analyzed, здесь не повторится. However, обобщить этот анализ, we include a chart in Figure 3. выбор технологии усилителя мощности основан на комплексном рассмотрении требуемой мощности передатчика, antenna gain (number of elements), радиочастотная энергетическая мощность. The required EIRP can be achieved with fewer antenna elements using either II-V technology (low integration approach) or a silicon-based high integration approach on the front end. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, and the actual implementation depends on engineering trade-offs in terms of scale, вес, DC power, стоимость. To generate an EIRP of 60 dBm for the cases derived in Table 1, анализ Dr. Thomas Cameron of ADI in his presentation "Architecture and Technology for 5G миллиметровая волна на Международной конференции по твердотелым схемам в 2018 году "Радио" пришла к выводу о том, что оптимальный размер антенны составляет от 128 до 256 модулей., меньшее количество достигается с помощью усилителя мощности арсенида галлия, while larger quantities can be achieved using all-silicon beamforming based on RF IC technology.

Теперь давайте рассмотрим этот вопрос с другой точки зрения.. A 60 dBm EIRP is a common EIRP target for FWA, Однако в зависимости от ожидаемого диапазона базисных станций и окружающей среды эта величина может быть выше или ниже. из - за больших различий в сценариях развертывания, whether, в тени деревьев, street canyons, все еще открытое пространство, there is a significant amount of path loss that needs to be addressed on a case-by-case basis. например, in a dense urban deployment assumed to be LOS, Цель EIRP может быть ниже 50 dbm.

FCC определяет и публикует спецификации по типу оборудования и по ограничению мощности передачи, и здесь мы следуем терминологии 3GPP. категория устройства более или менее ограничивает технические возможности усилитель мощности.

Various millimeter wave radio size adaptation technology based on transmitter power

Хотя это не точная наука, мы можем видеть, что мобильные абонентские устройства (мобильные телефоны) очень подходят для технологий CMOS, а в технологии CMOS требуемая мощность передатчика может быть получена относительно небольшим числом антенн. Этот тип радио требует высокой интеграции и энергосбережения для удовлетворения потребностей в переносном оборудовании. местные базовые станции (небольшие ячейки) и потребительские терминалы (портативные источники электропитания) имеют аналогичные потребности, связанные с целым рядом технологий, начиная с низкого уровня мощности передатчика CMOS и заканчивая высоким уровнем SiGe BiCMOS. средняя базовая станция вполне пригодна для технологии SiGe BiCMOS, что позволяет получать компактные агрегаты. в верхней части, для широкополосных базовых станций, можно использовать различные технологии, в зависимости от баланса размеров антенны и технических издержек. Хотя SiGe BiCMOS может быть применен к диапазону 60 dBM EIRP, усилитель мощности GaAs или Gan лучше подходит для более высокой мощности.

моментальный снимок текущей техники, Однако в этом секторе достигнут значительный прогресс, а технологии продолжают совершенствоваться., and improving the DC power efficiency of MMW power amplifiers is one of the major challenges facing designers.

с появлением новых технологий и архитектуры PA, the миллиметровая волнаcommunications board кривые изменятся, обеспечивая более полную конструкцию для мощных базовых станций. Finally, Давайте рассмотрим все эти моменты и подведем итог формирования луча - без единого шаблона, может понадобиться несколько интерфейсов для решения различных видов использования от малой до Макрос.