如何利用GSPS DAC實(shí)現(xiàn)超寬帶寬應(yīng)用

用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的微波回傳

業(yè)界對(duì)更高容量的需求日益增加，增長(zhǎng)率呈指數(shù)式，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的快速部署對(duì)保持市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和滿足行業(yè)需求至關(guān)重要。 因此，由于部署時(shí)間計(jì)劃的限制，光纖或銅纜往往不可行。 下圖形顯示了微波系統(tǒng)的不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，它們用于將數(shù)據(jù)回傳到主聚合基站。

對(duì)于超過(guò)10 km距離的遠(yuǎn)程部分，通常使用傳統(tǒng)波段微波系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 對(duì)于短程部分，也可以使用傳統(tǒng)波段，另外還可以使用E波段等更高頻架構(gòu)。 相比于傳統(tǒng)波段系統(tǒng)，E波段系統(tǒng)提供的帶寬要寬得多，數(shù)據(jù)吞吐速率也高得多。

總體上，傳統(tǒng)和E波段微波系統(tǒng)共同支持了當(dāng)前50%左右的蜂窩站點(diǎn)，全世界已部署數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的這種系統(tǒng)。

傳輸頻率

本圖顯示了不同點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)使用的傳輸頻率細(xì)分情況。 傳統(tǒng)微波頻段是從6 GHz到42 GHz，其中6到8 GHz通常用于遠(yuǎn)程傳輸，11到23 GHz用于短距離傳輸和網(wǎng)絡(luò)聚合部分。

在E波段中，帶寬高達(dá)1到2 GHz。 傳統(tǒng)波段和E波段可實(shí)現(xiàn)的容量差異相當(dāng)顯著，E波段的潛在吞吐速率可達(dá)10 GSPS。 另外，該范圍對(duì)運(yùn)營(yíng)商通常只有“輕牌照”或無(wú)牌照要求，有助于降低總擁有成本。

無(wú)線回傳解決方案

下表顯示了不同回程解決方案的頻段分配。 它比較了我在前面提到過(guò)的通道大小，以及每類系統(tǒng)的典型容量和覆蓋距離。 另一個(gè)重要方面是各類網(wǎng)絡(luò)使用的調(diào)制方案。 為了提高吞吐速率，傳統(tǒng)波段系統(tǒng)使用的調(diào)制階數(shù)要高得多，盡管其通道較窄。 這就要求系統(tǒng)使用性能指標(biāo)更高的器件，尤其是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的信噪比必須非常出色。

但在V波段和E波段系統(tǒng)中，調(diào)制階數(shù)要低得多，因而對(duì)轉(zhuǎn)換器信噪比的要求可以放寬。 與傳統(tǒng)波段相比，這些高頻系統(tǒng)能夠獲得更高的吞吐速率，因?yàn)檫@些頻率可提供寬得多的帶寬，不需要提高調(diào)制密度就能實(shí)現(xiàn)更高的容量。

這些微波系統(tǒng)是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)架構(gòu)，通常采用頻分雙工或FDD，即把發(fā)射和接收頻率分割在兩個(gè)不同的頻段中，以使系統(tǒng)具有全雙工能力。 它們需要“視線”以實(shí)現(xiàn)最佳性能，而非微波RF頻段可以支持“非視線”。

對(duì)點(diǎn)微波系統(tǒng)的重要規(guī)格

密集QAM提高頻譜效率

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波系統(tǒng)使用正交幅度調(diào)制，或稱為QAM。 下圖顯示了對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)容量重要的基礎(chǔ)知識(shí)。 圖片顯示的是16 QAM的星座圖。 可以看到，在這個(gè)16碼元陣列中，描述一個(gè)碼元要使用4位。 本例中，L系數(shù)為4。

帶寬與通道間距的關(guān)系

通道間隔與通道帶寬或碼元速率（波特率）的區(qū)別， 下圖顯示了它們之間的差異。 在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)中，通道間隔一般由主管機(jī)構(gòu)通過(guò)授權(quán)分配。 所謂的傳統(tǒng)波段分配是從3.5 MHz到112 MHz。 對(duì)于新的E波段，分配是以250 MHz一段進(jìn)行，最高可達(dá)1或2 GHz，即4段或8段的250 MHz頻率。 對(duì)于給定部署，這種分配是固定的。

數(shù)據(jù)容量倍增的方法

除了提高調(diào)制密度或使用更寬帶寬之外，利用交叉極化技術(shù)也可以提高容量。

對(duì)于鄰道共面極化系統(tǒng)，這些無(wú)線電具有彼此相同的極化，但工作在不同且相鄰的頻段或頻率。 第二無(wú)線電用作冗余，或者用來(lái)在其他工作頻率獲得更多容量。 但是，如果它們工作在不同的頻率，就需要兩根不同的天線和額外的頻率分配，成本可能很高。

鄰道交替極化利用兩個(gè)不同頻率，像共面極化一樣，但第二無(wú)線電極化到與第一無(wú)線電正交的相位，以使兩個(gè)通道之間的干擾最小。 然而，這種系統(tǒng)仍然需要兩根天線和兩個(gè)頻率分配，所以仍然存在額外成本和設(shè)計(jì)開銷。

更有效的方案是同道雙重極化系統(tǒng)。 在這種配置中，兩個(gè)無(wú)線電工作在相同頻率，但具有不同的交叉極化，以使同道干擾最小。 這種配置只需要一根天線，因?yàn)閮蓚€(gè)無(wú)線電工作在相同頻率，系統(tǒng)成本較低。 理想情況下，如果極化是完全正交的，那么兩個(gè)通道將會(huì)彼此完全隔離。

容量估算

下圖顯示了對(duì)各種鏈路的原始容量的一些計(jì)算。新的E波段系統(tǒng)則能實(shí)現(xiàn)比優(yōu)化后的XPIC傳統(tǒng)波段系統(tǒng)高出50%以上的原始容量，而且所用調(diào)制的復(fù)雜度相對(duì)較低。關(guān)鍵在于分配的500 MHz帶寬。隨著E波段無(wú)線電能力的增強(qiáng)，原始容量還有很大的增長(zhǎng)空間。

對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)的常見無(wú)線電架構(gòu)

下圖顯示了微波無(wú)線電信號(hào)鏈和控制路徑的一般情形。 發(fā)射側(cè)有雙基帶IQ高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其輸出進(jìn)入一個(gè)正交調(diào)制器。 然后，該輸出進(jìn)入一個(gè)轉(zhuǎn)換器模塊，后者執(zhí)行單邊帶上變頻，將其變?yōu)槲⒉l率輸出。

傳統(tǒng)頻段分離ODU 6至44 GHz

對(duì)于傳統(tǒng)頻段，有些系統(tǒng)分為室內(nèi)單元和室外單元。 室內(nèi)和室外單元的典型分界線是在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和無(wú)線電的邊界。 傳統(tǒng)系統(tǒng)的室外單元或ODU包括天線、放大器、上/下變頻器和RF混頻器，數(shù)據(jù)基帶頻率通常約為350 MHz（發(fā)射路徑）和140 MHz（接收路徑）。

傳統(tǒng)頻段分離 IDU

室內(nèi)單元包括一些對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理或后處理的放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、調(diào)制解調(diào)器、FPGA或ASIC。

傳統(tǒng)頻段完全ODU6至24 GHz

在一個(gè)完整的室外單元系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器位于室外單元中，數(shù)字ASIC位于室內(nèi)單元中，基帶數(shù)據(jù)在其間傳輸。

傳統(tǒng)頻段完全ODU，帶DPD 6至24 GHz

這是同一完整ODU系統(tǒng)的另一張框圖，其中包括一個(gè)數(shù)字預(yù)失真觀測(cè)路徑選項(xiàng)。 圖中還給出了一個(gè)可選器件列表，利用分立轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)同樣的無(wú)線電。ADI轉(zhuǎn)換器解決方案支持這兩種方法。 如果是分立轉(zhuǎn)換器，采樣速率必須更高以支持轉(zhuǎn)換，抑制發(fā)射機(jī)上的邊帶信號(hào)或接收機(jī)的鏡像。

V波段完全室外單元

分配了7 GHz，有充裕的帶寬可供使用，因而可以使用寬帶GSPS轉(zhuǎn)換器。 如果是單一50 MHz通道，考慮前面列出的較低頻率轉(zhuǎn)換器會(huì)更恰當(dāng)。如果要聚合多個(gè)通道，或者同時(shí)傳輸多個(gè)不同通道，那么寬帶轉(zhuǎn)換器可能更合適。 因此，針對(duì)接收機(jī)，圖中列出了幾款精選1 GSPSADC和AD9625 2.5 GSPS RF ADC；針對(duì)發(fā)射機(jī)，則列出了雙通道2.8 GSPS轉(zhuǎn)換器AD9136。 無(wú)線電配置為直接變頻，基帶數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)微波調(diào)制器，正交解調(diào)器驅(qū)動(dòng)到寬帶ADC。

E波段完全室外單元單次轉(zhuǎn)換架構(gòu)

在這個(gè)E波段單一變頻無(wú)線電示例中，使用了同樣的轉(zhuǎn)換器。 AD9136驅(qū)動(dòng)正交調(diào)制器，后者以適當(dāng)?shù)腞F頻率輸出信號(hào)，然后利用鏡像抑制上變頻器將信號(hào)移動(dòng)到70到80 GHz頻段中的E波段頻率。接收側(cè)使用一個(gè)鏡像抑制混頻器來(lái)將信號(hào)下變頻到適當(dāng)?shù)腞F頻率，通道濾波和信號(hào)放大可以在這里一起進(jìn)行，然后將信號(hào)解調(diào)或下變頻到基帶頻率范圍，ADC可以對(duì)其數(shù)字化，然后發(fā)送到數(shù)字ASIC，由調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行信號(hào)處理。

E波段完全室外單元直接變頻架構(gòu)

與前面顯示的V波段無(wú)線電非常相似。 下圖中E波段中的寬通道使得V波段無(wú)線電所用的寬帶轉(zhuǎn)換器也可用于E波段無(wú)線電。 GSPS轉(zhuǎn)換器非常靈活，能夠支持多種不同的微波系統(tǒng)架構(gòu)。對(duì)于新回程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，GSPS轉(zhuǎn)換器是最佳選擇。