無論是屏幕尺寸的變化、處理性能的提升，還是拍照效果的突破等，如今每一款新的智能手機（稱為用戶設備（UE））推向市場，常常吸引眼球并占據(jù)新聞頭條。從to B端的角度出發(fā)，智能手機的發(fā)展伴隨著幾代無線通信標準的更迭，如3G、4G，以及即將到來的5G，無線電接入網(wǎng)絡（RAN）的基礎設施基站（eNode B）也歷經(jīng)嬗變。雖遠沒有消費電子那么熱鬧，但正是這兩者的同步發(fā)展，才成就了如今互連世界的數(shù)據(jù)洪流。

據(jù)IHS Markit最近發(fā)布的移動基礎設施市場分析報告，2018年全球2G／3G／4G和5G基礎設硬件總收入將達到497億美元。在LTE升級和5G開始部署的驅動下，2018年第三季度全球移動基礎設施硬件收入表現(xiàn)強于去年同期。LTE繼續(xù)在全球范圍內擴張，其全球普及率持續(xù)上升，這為未來幾年基礎設施硬件、如基站的市場帶來了利好。

面對通信數(shù)據(jù)洪流，多頻段無線電與頻譜如何利用？

從GSM到LTE，蜂窩頻段的數(shù)量從4個增加到40個以上、暴增了10倍。隨著LTE網(wǎng)絡的出現(xiàn)，基站供應商發(fā)現(xiàn)無線電變化形式倍增。LTE－A提高了多頻段無線電的要求，在混頻中增加了載波聚合，使得同一頻段內（更重要的是不同頻段內）的非連續(xù)頻譜可以在基帶調制解調器中聚合為單一流。

頻譜稀疏是通信業(yè)界的共識，圖1顯示了幾個載波聚合頻段組合，突出說明了這一問題。綠色是帶間間隔，紅色是目標頻段。信息理論要求系統(tǒng)不應浪費功率去轉換不需要的頻譜。多頻段無線電需要有效的手段來轉換模擬和數(shù)字域之間的稀疏頻譜。

圖1：非連續(xù)頻譜的載波聚合突出說明了頻譜稀疏問題

對此，ADI公司系統(tǒng)工程師John Oates表示：“為了增加數(shù)據(jù)吞吐量，現(xiàn)代基站無線電設計必須通過多頻段載波聚合來獲得更多的頻譜帶寬。而RF數(shù)據(jù)轉換器可使用全部6 GHz以下蜂窩頻譜，并快速重新配置以適應不同頻段組合。這一類頻率捷變直接RF架構可縮減成本、尺寸、重量和功耗，使得RF DAC發(fā)射機和RF ADC DPD接收機成為6 GHz以下多頻段基站的首選架構。”

基站無線電架構正處變革，發(fā)射機演變?yōu)橹苯覴F

為了應對4G 、5G網(wǎng)絡的需求，廣域基站的無線電架構正不斷升級。帶混頻器和單通道數(shù)據(jù)轉換器的超外差窄帶IF采樣無線電已被復中頻（CIF）和零中頻（ZIF）等帶寬加倍的I／Q架構所取代。但是，ZIF和CIF收發(fā)器需要模擬I／Q調制器／解調器，其采用雙通道和四通道數(shù)據(jù)轉換器，同時也會遭受LO泄漏和正交誤差鏡像的影響，必須予以校正。所幸，采樣速率的提高帶來了超寬帶寬的GSPS RF轉換器，使得頻率捷變軟件定義無線電最終成為現(xiàn)實。

圖2：無線射頻架構不斷演變以適應日益增長的帶寬需求，進而通過SDR技術變得更具頻率捷變性

據(jù)ADI技術專家介紹，6 GHz以下BTS架構的終極形態(tài)或許就是直接RF采樣和合成。直接RF架構不再需要模擬頻率轉換器件，例如混頻器、I／Q調制器和I／Q解調器，這些器件本身就是許多干擾雜散信號的來源。相反，數(shù)據(jù)轉換器直接與RF頻率接口，任何混頻均可通過集成數(shù)字上／下變頻器（DUC／DDC）以數(shù)字方式完成。

同時，多頻段效率增益以精密DSP的形式出現(xiàn)，其已包含在ADI最新推出的RF轉換器中，可以僅對需要的頻段進行數(shù)字通道化，同時支持使用全部RF帶寬。利用集內插／抽取上／下采樣器、半帶濾波器和數(shù)控振蕩器（NCO）于一體的并行DUC或DDC，可以在模擬和數(shù)字域相互轉換之前對目標頻段進行數(shù)字化建構／解構。

并行數(shù)字上／下變頻器架構允許用戶對多個所需頻段（圖1中以紅色顯示）進行通道化，而不會浪費寶貴的周期時間去轉換未使用的頻段 （圖1中以綠色顯示）。高效率多頻段通道化具有降低數(shù)據(jù)轉換器采樣速率要求的效果，并能減少通過JESD204B數(shù)據(jù)總線傳輸所需的串行通道數(shù)量。降低系統(tǒng)采樣速率可降低基帶處理器的成本、功耗和散熱管理要求，從而節(jié)省整個基站系統(tǒng)的資本支出（CAPEX）和運營支出（OPEX）。

利用ADI RF轉換器，造一個帶DPD接收機的直接RF發(fā)射機

在新一代多頻段BTS無線電中，RF DAC已成功取代了IF DAC。事實上，ADI公司基于SiGe ＆ 28nm CMOS工藝打造的兩款微波5G前端系統(tǒng)解決方案——高速模數(shù)轉換器AD9208與高速數(shù)模轉換器AD9172，為下一代寬帶軟件定義系統(tǒng)樹立了新的性能基準。以基于ADI公司的16位12 GSPS RF DAC——AD9172打造的直接RF發(fā)射機為例，其利用三個并行DUC支持三頻段通道化，允許在1200 MHz帶寬上靈活地放置副載波。在RF DAC之后，選用ADI公司的高性能數(shù)字增益放大器ADL5335提供12 dB的增益和31.5 dB的衰減范圍，最高支持4 GHz。根據(jù)eNode B的輸出功率要求，這一直接RF發(fā)射機的輸出可以驅動所選功率放大器。

圖3：基于ADI公司RF DAC——AD9172構建直接RF發(fā)射機

考慮圖4所示的頻段3和頻段7情形，可進一步通過寬帶方法將數(shù)據(jù)流直接轉換為RF。這一方法是不經(jīng)通道化而合成頻段，要求1228.8 MHz的數(shù)據(jù)速率。此帶寬的80％產(chǎn)生983.04 MHz的DPD（數(shù)字預失真）合成帶寬，足以傳輸兩個頻帶及其740 MHz的頻帶間隔。 ADI技術專家指出，該方法對DPD系統(tǒng)有好處，不僅可以對每個單獨載波的帶內IMD進行預失真，還能對所需頻帶之間的其他無用非線性發(fā)射進行預失真，對于系統(tǒng)設計十分具有吸引力。

圖4：雙頻段情形：頻段3（1805 MHz至1880 MHz）和頻段7（2620 MHz至2690 MHz）

同時，AD9172搭配AD9208使用，可構建直接RF架構的DPD觀測接收機。ADI公司14位3 GSPS RF ADC——AD9208，支持通過并行DDC進行多頻段通道化；基于其構建的發(fā)射機DPD子系統(tǒng)中RF DAC和RF ADC組合有許多優(yōu)點，包括共享轉換器時鐘、相關相位噪聲消除以及系統(tǒng)整體的簡化。其中一個簡化是，集成PLL的AD9172能夠從低頻參考信號生成高達12 GHz的時鐘，而無需在無線電電路板周圍布設高頻時鐘。此外，RF DAC可以輸出其時鐘的相位相干分頻版本供反饋ADC使用。此類系統(tǒng)特性支持創(chuàng)建優(yōu)化的多頻段發(fā)射機芯片組，從而真正增強BTS DPD系統(tǒng)。

圖5：基于ADI公司RF ADC——AD9208構建用于數(shù)字預失真的直接RF觀測接收機