5G无线电基站射频技术 - Analog Devices...5G无线电技术 – Sub-6GHz和毫米波 5 Sub-6GHz Massive MIMO 毫米波波束赋形数字波束赋形从当前BTS开始的技术

THOMAS CAMERON博士

通信业务部CTO

5G无线电基站射频技术

1

议题

2

► 什么是5G？► Sub-6GHz Massive MIMO无线电（多入多出）§通过集成减小无线电链路设计变量§集成式CMOS收发器概述§系统优化

► 毫米波5G无线电§集成考虑§示例：60 dBm EIRP天线（有效的各向同性辐射功率）

► 总结和讨论

什么是5G？

3

Tbps/km2

107台设备/km2

>99.999%

1ms10年电池寿命

超低成本

100Mbps无处不在

增强型移动宽带

大规模连接

关键任务

10Gbps峰值

5G - 满足广泛需求的网络

4

eMBB

uRLLC

带宽

E2E延迟

10kbps

100kbps

1Mbps

10Mbps

100Mbps

1Gbps

10Gbps

10s 1s 100ms 10ms 1ms 100us100s

mMTC

视频

低分辨率

4K

VR

VR 360

智能电网控制

汽车

云辅助驾驶

远程控制

自主车辆

机器人

云机器人

触觉VR

工业

智慧城市医疗健康

农业

5G无线电技术 – Sub-6GHz和毫米波

5

Sub-6GHz Massive MIMO 毫米波波束赋形

► 数字波束赋形► 从当前BTS开始的技术

演进 ► 基于CMOS的无线电► 一个高功率PA 许多

低功率PA ► 复杂接口以支持大量数

据传输

► 混合波束赋形► 革命性技术路径► 从分立解决方案到超高

RF集成度► GaAs 硅

Sub-6GHz 5G Massive MIMO

6

ADI公司减少无线电设计变量的方法

► 可配置的无线电技术平台► 降低RF设计复杂度► 通过对信号链路的重新构架减少或消

除一系列外部器件► 利用数字化算法提高整体RF链的性能

实现射频链路最小化体积，重量和功耗

DFE

ADI CMOS TRX分立RF前端

7

集成无线电技术演进

应用 Femto、E-Femto、Pico

E-Femto、Pico、Micro、Macro、FD-MIMO

带宽 20MHz 单载波 60MHz 多载波

功能 2Tx、2Rx 2Tx、2Rx、1个观测Rx、1个辅助Rx封装 10 x 10 BGA 12 x 12 BGA

AD9371AD9371

8

2x2无线电尺寸比较 - 分立式与集成式

2个接收机

2个发射机

1个观测接收机

3个LO发生器

1个时钟发生器

3.5” (90mm)5.

4” (1

35m

m)

www.analog.com/radioverse

减小无线电尺寸的系统级方法

DFE

缩小双工器• 材料/设计• 主动抵消

PA效率• LDMOSGaN• Doherty + DPD• ET 减少接口

• 功能重新划分• 集成

10

毫米波5G无线电

11

毫米波5G

12

400MHz 3GHz 24-29GHz 37-42GHz 70-85GHz 300GHz

蜂窝2G、3G、4G

6GHz

6G？？5G

90GHz 120GHz

毫米波混合波束赋形

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► 单一数据流的RF波束赋形通道（每个数据流N根天线）

► M个上/下变频器以及M组ADC和DAC

► 总天线数 = MXN► 支持空间复用和多用户MIMOm

DAC

ADCn

DAC

ADCn

数字编码均衡同步

毫米波无线电技术

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架构

无线电规格

功能重新划分

合适的技术


15

架构

无线电规格

功能重新划分

合适的技术


16

架构

无线电规格

功能重新划分

合适的技术


17

架构

无线电规格

功能重新划分

合适的技术

装配和封装考虑

► 天线间距影响RFIC尺寸和分区

18

PCB

天线贴片天线贴片天线贴片

芯片芯片

散热器

过孔

天线贴片

优化天线阵列设计

19

► 假设条件：§ 60dBm EIRP§ 3-4 GHz IF，800MHz带宽§ 从P1db =10 dB回退

CMOS

SiGe

GaAs

GaN

数字 8

DAC

ADCn

DAC

ADCn

http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/white-papers/RF-Technology-for-the-5G-Millimeter-Wave-Radio.pdf


20

► 直流功耗与天线规模成反比

► 超过500个元件时效益递减

数字 8

DAC

ADCn

DAC

ADCn



21

► RX性能和直流功耗与天线规模成正比

8

DAC

ADCn

DAC

ADCn

数字


优化天线阵列

22

CMOS

SiGe

GaAs

GaN

8

DAC

ADCn

DAC

ADCn

数字


优化天线阵列

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CMOS

SiGe

GaAs

GaN

► 天线规模约为128个元件时直流功耗最优

► 大阵列支持使用硅PA，并使得RFIC可以适应λ/2间距

► 小阵列对较低EIRP要求最优


5G RF技术管道

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架构和算法毫米波测试与

测量3D EM建模

PA效率

同步

校准

毫米波CMOS

5G无线电

天线和基板

SiGe BiCMOS

GaAs

总结

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Sub-6GHz Massive MIMO 毫米波波束赋形

► 基于CMOS的无线电实现AA尺寸

► 无线电分区和技术持续演进以优化天线尺寸

► 高频率、高RF集成度的无线电

► 无线电、天线和封装相互依存

谢谢观看！

► ADI中国地区技术支持热线：4006 100 006

► ADI中国地区技术支持信箱：[email protected]

► ADI样片申请网址：http://www.analog.com/zh/sample

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