【導讀】之前我們分享了毫米波通信部署情形和傳播注意事項 以及毫米波的波束合成 ，今天，讓我們更詳細地討論位到毫米波無線電，并探討系統這一部分的挑戰。關鍵是要將位轉換為毫米波，再以高保真度轉換回來，以支持64 QAM等高階調制技術，以及未來系統中可能高達256 QAM的技術。
這些新無線電的主要挑戰之一是帶寬。5G 毫米波無線電名義上必須處理1 GHz或可能更高的帶寬，具體取決于頻譜的實際分配方式。雖然28 GHz下的1 GHz帶寬相對較低 (3.5%)，但假設是3 GHz中頻下的1 GHz帶寬，那么設計起來就更具有挑戰性，并且需要某種先進技術來實現高性能設計。
圖1展示了一個基于組件的高性能位到毫米波無線電的方框圖示例，構成ADI公司的寬RF和混合信號產品系列。
圖1. 寬帶位到毫米波無線電框圖
在圖1的示例中，顯示了所使用的直接高中頻變送器發射和高中頻接收器采樣，其中數據轉換器在中頻進行發射和接收。在能夠合理實現的情況下，中頻要盡可能高，以避免在RF下的圖像濾波困難，從而將中頻驅動到3 GHz及以上。幸運的是，先進的數據轉換器能夠在這種頻率下工作——
● AD9172是一款高性能、雙通道、16位DAC，支持高達 12.6 GSPS的采樣速率。該器件具有8通道、15 Gbps JESD204B數據輸入端口、高性能片內DAC時鐘倍頻器和數字信號處理功能，支持帶寬和高達6 GHz的多頻段直接至RF信號生成。
● 在接收器中，顯示了雙通道、14位、3 GSPS ADC AD9208。該器件內置片內緩沖器和采樣保持電路，專門針對低功耗、小尺寸和易用性而設計。該產品設計支持通信應用，能夠實現高達5 GHz的寬帶寬模擬信號直接采樣。
在發射和接收中頻階段，建議將數字增益放大器從單一轉換為平衡，反之亦然，以避免使用巴倫。這里，在發射鏈中顯示 ADL5335，在接收鏈中顯示 ADL5569，作為高性能寬帶放大器的示例。
對于中頻和毫米波之間的上變頻和下變頻，ADI 最近推出了一種基于硅的寬帶上變頻器ADMV1013和下變頻器ADMV1014。這些寬帶變頻器件的操作范圍為24.5 GHz至43.5 GHz。此頻率覆蓋范圍廣泛，因此設計人員用一種無線電設計即可處理目前定義的所有 5G毫米波頻段（3GPP頻段n257、n258、n260和n261）。兩種器件均支持高達6 GHz的中頻接口和兩種變頻模式。
如圖1所示，這兩種器件都包括片內4×本振(LO)倍頻器，且LO輸入范圍為5.4 GHz至 11.75 GHz。ADMV1013既支持從基帶I/Q直接轉換為RF，也支持從中頻進行單邊帶上變頻。它在24 dBm的高輸出IP3提供14 dB的轉換增益。如果在單邊帶變頻中實現，如圖1所示，該器件提供25 dB邊 帶抑制。ADMV1014既支持從基帶I/Q直接轉換為RF，也支持鏡像抑制下變頻至中頻。該器件提供20 dB的轉換增益、3.5 dB的噪聲指數和–4 dBm的輸入IP3。鏡像抑制模式中的邊帶抑制為28 dB。
RF鏈中的最后一個組件是ADRF5020寬帶硅SPDT開關。ADRF5020 在30 GHz時提供2 dB的低插入損耗和60 dB的高隔離度。
最后，來討論頻率源。考慮到本振可能占據EVM預算的很大一部分，因此使用一個相位噪聲極低的來源來生成毫米波本振(LO)至關重要。
ADF4372是一種具有行業領先集成PLL和超低相位噪聲VCO的寬帶微波頻率合成器，輸出功率可達62.5 MHz至16 GHz。結合外部環路濾波器和外部基準頻率使用時，可實現小數N分頻或整數N分 頻鎖相環(PLL)頻率合成器。8 GHz的VCO相位噪聲在100 kHz偏移時 為–111 dBc/Hz，在1 MHz偏移時為–134 dBc/Hz。
圖1中的方框圖對于任何考慮28 GHz和39 GHz頻段毫米波設計的設計人員來說都是一個很好的起點，適合與需要高性能寬帶無線電的各種波束合成前端配合使用。ADI的射頻、微波和毫米波產品選型指南中也列出了許多組件，其他信號鏈架構或類似高頻應用的設計人員可能會對這些組件感興趣。
最近幾年，毫米波無線電發展迅猛，離開實驗室發展到了現場試驗，并將在接下來的幾個月進行商業部署。不斷發展的生態系統和新出現的用例要求波束合成前端具有一定的靈活性，但正如討論的那樣，有一些適合近天線設計的技術和方法可供選擇。無線電的寬帶特性（位到毫米波）需要前沿技術，但基于硅的技術正在迅速發展，以滿足混合信號和小信號域的要求。基于目前可用的組件給出了一個高性能無線電設計示例。
隨著 5G 生態系統的不斷發展，ADI 公司將繼續利用領先的技術和信號鏈解決方案，支持客戶為新興的 5G 毫米波市場開發差異化系統。
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