用于移動(dòng)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施的新一代無(wú)線電數(shù)字前端解決

網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在通過(guò)使用新型空中接口、更高帶寬和更多蜂窩基站努力擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量的同時(shí)，要求顯著地降低設(shè)備成本。為提供能夠滿足所有這些需求的設(shè)備，無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的制造商正在尋求具有更高集成度、更低功耗和成本但靈活性更高的解決方案。本文將分析賽靈思提供的新型器件Zynq™可擴(kuò)展處理平臺(tái)（EPP）將如何幫助設(shè)備制造商解決這些問(wèn)題。

智能電話、平板電腦和數(shù)據(jù)集線器的普及正推動(dòng)無(wú)處不在的高速數(shù)據(jù)需求呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。為提供這種數(shù)據(jù)滿足他們的需求，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商不得不使用LTE或者LTE-A等最新空中接口標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建更多蜂窩基站，同時(shí)增加每個(gè)基站的天線數(shù)。另外，每用戶平均收入（APRU）的持續(xù)下降使運(yùn)營(yíng)商每年都要求設(shè)備廠商大幅降低成本。更糟糕的是，這些新的蜂窩基站網(wǎng)絡(luò)可能要求擴(kuò)展現(xiàn)有的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，而現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)采用GSM或UMTS標(biāo)準(zhǔn)且部署在不同的頻段上。


圖1 典型無(wú)線電設(shè)備的高級(jí)方框圖

不管是增加天線數(shù)量來(lái)支持多個(gè)頻段，還是采用多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)提升數(shù)據(jù)速率，雖然成本高，但對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)是必要的。為降低對(duì)天線桿相關(guān)運(yùn)營(yíng)成本的影響，設(shè)備制造商正在想法設(shè)法縮減設(shè)備的封裝尺寸（即設(shè)備的體積和重量），同時(shí)還要降低成本和功耗。他們?cè)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/無(wú)線">無(wú)線電傳輸領(lǐng)域不斷創(chuàng)新，從天線到雙工/三工器乃至無(wú)線電設(shè)備本身，努力縮小天線桿的封裝尺寸。

運(yùn)營(yíng)商可以采用多種方案滿足自己的需求。其中之一是使用多頻段天線，從而減少為支持基于GSM、UMTS或者LTE的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)所需的天線數(shù)。為進(jìn)一步完善這些多頻段天線，運(yùn)營(yíng)商可在天線桿上安裝遠(yuǎn)程無(wú)線電裝置，為所需的頻段提供支持。遠(yuǎn)程無(wú)線電裝置也必須不斷發(fā)展，以支持多種空中接口和更高的帶寬，同時(shí)減輕重量，縮小機(jī)箱，才能滿足運(yùn)營(yíng)商的未來(lái)需求。

天線集成無(wú)線電裝置的興起，為運(yùn)營(yíng)商提供了又一種可選方案。這種方法把無(wú)線電電子裝置安裝在天線機(jī)箱中，實(shí)現(xiàn)全集成的無(wú)線電和天線，故不必采用單獨(dú)的遠(yuǎn)程無(wú)線電裝置，從而最小化了天線桿尺寸。無(wú)線電電子裝置和天線機(jī)箱的進(jìn)一步發(fā)展就是最近推出的有源天線系統(tǒng)（AAS）。這種復(fù)雜的天線要求更強(qiáng)大的無(wú)線電信號(hào)處理能力，可增加網(wǎng)絡(luò)容量，同時(shí)縮小天線桿的封裝尺寸。

縮小遠(yuǎn)程無(wú)線電裝置或天線的尺寸和重量的關(guān)鍵之處在于進(jìn)一步提高無(wú)線電電子裝置的集成度。另外，為了支持GSM、LTE、UMTS等多種空中接口，無(wú)線電設(shè)備必須具有高度的靈活性和可編程功能。

先來(lái)看看這些無(wú)線電設(shè)備如何才能具有更好的可編程性，同時(shí)又能提供更高的集成度。

圖2 典型的基于ASSP的2x2無(wú)線電設(shè)計(jì)

圖3 賽靈思提供的新型Zynq EPP系列

圖4 利用 Zynq實(shí)現(xiàn)的2x2 LTE無(wú)線電

基帶接口的作用是通過(guò)基帶處理卡把系統(tǒng)連接到銅光纖上?；鶐幚砜ǖ奈恢每梢栽谔炀€桿的基座上，也可以在空中。這些接口一般需要借助運(yùn)行速度高達(dá)9.8Gbps的高速串行/解串器（serdes）組件，才能用作通用公共無(wú)線接口（CPRI）。

基帶單元上接收到的信號(hào)或發(fā)送給基帶單元的信號(hào)在發(fā)送到模擬域之前或從模擬域接收到之后，需要進(jìn)行大量的信號(hào)處理。信號(hào)處理包括數(shù)字上/下變頻（DUC/DDC）、峰值因數(shù)抑制（CRF）和數(shù)字預(yù)失真（DPD）。DUC和DDC負(fù)責(zé)處理上采樣和整形，而CRF和DPD主要用于通過(guò)采用數(shù)字信號(hào)處理線性化功率放大器，來(lái)提高無(wú)線電單元的傳輸效率。

采用高速并行LVDS信號(hào)發(fā)送或新興的協(xié)議JESD204[A/B]均可實(shí)現(xiàn)到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（DAC和ADC）的接口。

射頻（RF）領(lǐng)域包含所有的調(diào)制器、時(shí)鐘綜合裝置、濾波器和放大器電路，用于經(jīng)功率放大器從天線處發(fā)送和接收數(shù)字信號(hào)。

整個(gè)無(wú)線電電裝置采用微處理器進(jìn)行控制。該微控制器一般運(yùn)行在Linux或VxWorks等實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上。運(yùn)維功能負(fù)責(zé)無(wú)線電單元的告警、校準(zhǔn)、消息發(fā)送和整體控制，這是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，一般需要連接SPI/I²C、以太網(wǎng)、UART（當(dāng)然還包括存儲(chǔ)器）等其它眾多組件。

過(guò)去供應(yīng)商綜合運(yùn)用ASIC、ASSP和FPGA器件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字無(wú)線電信號(hào)處理功能。ASIC器件的靈活性最差，一般會(huì)因設(shè)計(jì)初期規(guī)格鎖定而導(dǎo)致功能缺失。雖然該器件成本最低，但開(kāi)發(fā)和NRE成本高，且產(chǎn)品上市速度慢。ASSP器件靈活性有限，因?yàn)樗鼈兺轻槍?duì)一系列使用案例而設(shè)計(jì)的，不適用于其它應(yīng)用。而FPGA則不然，由于其內(nèi)在的高靈活性，在數(shù)字無(wú)線電領(lǐng)域的應(yīng)用正在不斷增長(zhǎng)。FPGA能支持各種設(shè)備需求，同時(shí)能夠根據(jù)客戶需求的發(fā)展變化不斷交付新功能。在這類應(yīng)用中的許多案例中，F(xiàn)PGA緊鄰ASIC和ASSP器件放置，用于彌補(bǔ)其它器件欠缺的功能。