圖1. 各種波束合成方法

 

在這裏，我們有數據轉換器，將數字信號與寬帶基帶或IF信號相互轉換
，連接執行上變頻和下變頻處理的無線電收發器。在射頻（例如

，28 GHz）中，我們將單個射頻路徑分成多條路徑，通過控製每個路徑的相位來執行波束合成
，從而在遠場朝目標用戶的方向形成波 束。這使得每條數據路徑都能引導單個波束，因此理論上來說，我們可以使用該架構一次為一個用戶服務。

 

數(shu)字(zi)波(bo)束(shu)成(cheng)型(xing)就(jiu)是(shi)字(zi)麵(mian)意(yi)思(si)。相(xiang)移(yi)完(wan)全(quan)在(zai)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)中(zhong)實(shi)現(xian)，然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)收(shou)發(fa)器(qi)陣(zhen)列(lie)饋(kui)送(song)到(dao)天(tian)線(xian)陣(zhen)列(lie)。簡(jian)單(dan)地(di)說(shuo)
，每(mei)個(ge)無(wu)線(xian)電(dian)收(shou)發(fa)器(qi)都(dou)連(lian)接(jie)到(dao)一(yi)個(ge)天(tian)線(xian)元(yuan)件(jian)，但(dan)實(shi)際(ji)上(shang)每(mei)個(ge)無(wu)線(xian)電(dian)都(dou)可(ke)以(yi)有(you)多(duo)個(ge)天(tian)線(xian)元(yuan)件(jian)
，具(ju)體(ti)取(qu)決(jue)於(yu)所(suo)需(xu)扇(shan)區(qu)的(de)形(xing)狀(zhuang)。該(gai)數(shu)字(zi)方(fang)法(fa)可(ke)實(shi)現(xian)最(zui)大(da)容(rong)量(liang)和(he)靈(ling)活(huo)性(xing)，並(bing)支(zhi)持(chi)毫(hao)米(mi)波(bo)頻(pin)率(lv)的(de)多(duo)用(yong)戶(hu)MIMO發fa展zhan規gui劃hua，類lei似si於yu中zhong頻pin係xi統tong。這zhe非fei常chang複fu雜za
，考kao慮lv到dao目mu前qian可ke用yong的de技ji術shu
，無wu論lun是shi在zai射she頻pin還hai是shi數shu字zi電dian路lu中zhong，都dou將jiang消xiao耗hao過guo多duo的de直zhi流liu電dian。然ran而er，隨sui著zhe未wei來lai技ji術shu的de發fa展zhan，毫hao米mi波bo無wu線xian電dian將jiang出chu現xian數shu字zi波bo束shu合he成cheng。

 

近期最實用、最有效的波束合成方法是混合數模波束成型，它實質上是將數字預編碼和模擬波束合成結合起來，在一個空間（空間複用）zhongtongshichanshengduogeboshu。tongguojianggonglvyindaozhijuyouzhaiboshudemubiaoyonghu
，jizhankeyizhongyongxiangtongdepinpu
，tongshizaigeidingdeshixizhongweiduogeyonghufuwu。suiranwenxianzhongbaodaodehunheboshuchengxingyoujizhongbutongdefangfa，danzhelixianshidezizhenfangfashizuishijideshixianfangfa，benzhishangshimoniboshuchengxingdebuzhouhezhongfu。muqian，baogaodexitongshijishangzhichi2到8個數字流，可以用於同時支持單個用戶，或者向較少數量的用戶提供2層或更多層的MIMO。

 

讓我們更深入地探討模擬波束成型的技術選擇，即構建混合波束成型的構建模塊，如圖2所示。在這裏
，我們將模擬波束合成係統分為三個模塊進行處理：數字
、位(wei)到(dao)毫(hao)米(mi)波(bo)和(he)波(bo)束(shu)成(cheng)型(xing)。這(zhe)並(bing)非(fei)實(shi)際(ji)係(xi)統(tong)的(de)劃(hua)分(fen)方(fang)式(shi)，因(yin)為(wei)人(ren)們(men)會(hui)把(ba)所(suo)有(you)毫(hao)米(mi)波(bo)組(zu)件(jian)放(fang)在(zai)鄰(lin)近(jin)位(wei)置(zhi)以(yi)減(jian)少(shao)損(sun)耗(hao)，但(dan)是(shi)這(zhe)種(zhong)劃(hua)分(fen)的(de)原(yuan)因(yin)很(hen)快(kuai)就(jiu)會(hui)變(bian)得(de)很(hen)明(ming)顯(xian)。

 

 

圖2. 模擬波束合成係統方框圖

 

波束成型功能受到許多因素的推動，包括分段形狀和距離、功率電平、路徑損耗

、熱(re)限(xian)製(zhi)等(deng)，是(shi)毫(hao)米(mi)波(bo)係(xi)統(tong)的(de)區(qu)段(duan)，隨(sui)著(zhe)行(xing)業(ye)的(de)學(xue)習(xi)和(he)成(cheng)熟(shu)
，需(xu)要(yao)一(yi)定(ding)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)。即(ji)便(bian)如(ru)此(ci)，仍(reng)將(jiang)繼(ji)續(xu)需(xu)要(yao)各(ge)種(zhong)傳(chuan)輸(shu)功(gong)率(lv)電(dian)平(ping)，以(yi)解(jie)決(jue)從(cong)小(xiao)型(xing)蜂(feng)窩(wo)到(dao)宏(hong)的(de)不(bu)同(tong)部(bu)署(shu)情(qing)形(xing)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)
，用(yong)於(yu)基(ji)站(zhan)的(de)位(wei)到(dao)毫(hao)米(mi)波(bo)無(wu)線(xian)電(dian)需(xu)要(yao)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)則(ze)要(yao)小(xiao)得(de)多(duo)
，並(bing)且(qie)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)可(ke)以(yi)從(cong)當(dang)前(qian)Release 15規(gui)格(ge)中(zhong)派(pai)生(sheng)出(chu)來(lai)。換(huan)言(yan)之(zhi)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)結(jie)合(he)多(duo)個(ge)波(bo)束(shu)成(cheng)型(xing)配(pei)置(zhi)重(zhong)用(yong)相(xiang)同(tong)的(de)無(wu)線(xian)電(dian)。這(zhe)與(yu)當(dang)前(qian)的(de)蜂(feng)窩(wo)無(wu)線(xian)電(dian)係(xi)統(tong)沒(mei)有(you)什(shen)麼(me)不(bu)同(tong)
，在(zai)這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)中(zhong)，小(xiao)信(xin)號(hao)段(duan)跨(kua)平(ping)台(tai)很(hen)常(chang)見(jian)
，而(er)且(qie)每(mei)個(ge)用(yong)例(li)的(de)前(qian)端(duan)更(geng)多(duo)都(dou)是(shi)定(ding)製(zhi)的(de)。

 

當我們從數字轉向天線時，就已經為信號鏈繪製了潛在技術的進展圖。當然
，數字信號和混合信號都是在細線體CMOS工藝中產生的。根據基站的要求

，整個信號鏈可以用CMOS開發，或者更有可能的是，采用多種技術的混合開發，為信號鏈提供最佳性能。例如，一種常見的配置是使用具有高性能SiGe BiCMOS IF 到毫米波轉換的CMOS數shu據ju轉zhuan換huan器qi。如ru圖tu所suo示shi

，波bo束shu成cheng型xing可ke采cai用yong多duo種zhong技ji術shu實shi現xian
，具ju體ti取qu決jue於yu係xi統tong需xu求qiu，我wo們men將jiang在zai下xia麵mian討tao論lun。根gen據ju所suo選xuan的de天tian線xian尺chi寸cun和he發fa射she功gong率lv要yao求qiu，可ke以yi實shi現xian高gao度du集ji成cheng的de矽gui方fang法fa，也ye可ke以yi是shi矽gui波bo束shu成cheng型xing與yu離li散sanPA和LNA的組合。

 

在之前的工作中，對變送器功率與技術選擇之間的關係進行了分析，在此不再全麵重複。但是，為了總結這一分析
，我們在圖3中包含了一個圖表。功率放大器技術的選擇基於綜合考慮所需的變送器功率
、天線增益（元件數）和所選技術的RF發電能力。

 

圖3. 60 dBm EIRP的天線所需的變送器功率
、天線尺寸和半導體技術選擇之間的關係

 

如圖所示，可以在前端使用II-V技術（低集成方法）或使用基於矽的高集成方法，通過較少的天線元件來實現所需的 EIRP。每種方法都有各自的優缺點，而實際的實現取決於工程在規模
、重量、直流功耗和成本方麵的權衡。為了為表1中導出的案例生成60 dBm的EIRP

，ADI 公司 Thomas Cameron 博士在2018 國際固態電路會議上的演示文稿“5G毫米波無線電的架構與技術”中進行的分析得出，最佳天線尺寸介於128至256個元件 之間，較低的數量通過GaAs功率放大器實現，而較大的數量可 采用全矽波束成型基於RF IC的技術實現。

 

表1. 5G基站示例

 

現在讓我們從不同的角度來研究這個問題。60 dBm EIRP是FWA常用的EIRP目標，但數值可能更高或更低
，具體取決於基站和周圍環境的期望範圍。由於部署情形變化很大，無論是樹木成蔭的地區、街道峽穀地區
，還是廣闊的空地，都有大量的路徑損耗需要根據具體情況進行處理。例如，在假定為LOS的密集城市部署中
，EIRP目標可能低至50 dBm。

 

FCC按設備類別設定有定義和發布的規格，以及發射功率限製，這裏我們遵循基站的3GPP術語。如圖4所示，設備類別或多或少地限定了功率放大器的技術選擇。

 

圖4. 基於變送器功率的各種毫米波無線電尺寸適配技術

 

雖然這不是一門精確的科學，但我們可以看到，移動用戶設備（手機）非常適合 CMOS技(ji)術(shu)，相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)的(de)天(tian)線(xian)數(shu)量(liang)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)所(suo)需(xu)的(de)變(bian)送(song)器(qi)功(gong)率(lv)。這(zhe)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)無(wu)線(xian)電(dian)將(jiang)需(xu)要(yao)高(gao)度(du)集(ji)成(cheng)和(he)省(sheng)電(dian)才(cai)能(neng)滿(man)足(zu)便(bian)攜(xie)式(shi)設(she)備(bei)的(de)需(xu)求(qiu)。本(ben)地(di)基(ji)站(zhan)（小型蜂窩）和消費者終端設備（可移動電 源）要求類似，涉及從變送器功率要求低端的CMOS到更高端的SiGe BiCMOS的一係列技術。中程基站非常適合SiGe BiCMOS技 術，可實現緊湊的外形尺寸。在高端，對於廣域基站來說
，可以應用各種技術，具體取決於對天線尺寸和技術成本的權衡。盡管可在60 dBm EIRP範圍內應用SiGe BiCMOS
，但GaAs或GaN功率放大器更適合更高的功率。

 

圖4xianshiledangqianjishudekuaizhao，danxingyezhengzaiqudehendajinzhan，jishuyezaibuduangaijin
，ertigaohaomibogonglvfangdaqidezhiliugonglvxiaolvshishejirenyuanmianlindezhuyaotiaozhanzhiyi。

 

隨著新技術和PA架(jia)構(gou)的(de)出(chu)現(xian)，上(shang)麵(mian)的(de)曲(qu)線(xian)將(jiang)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，並(bing)將(jiang)為(wei)高(gao)功(gong)率(lv)基(ji)站(zhan)提(ti)供(gong)集(ji)成(cheng)度(du)更(geng)高(gao)的(de)結(jie)構(gou)。最(zui)後(hou)我(wo)們(men)再(zai)複(fu)習(xi)一(yi)下(xia)上(shang)麵(mian)的(de)觀(guan)點(dian)，對(dui)波(bo)束(shu)成(cheng)型(xing)部(bu)分(fen)進(jin)行(xing)總(zong)結(jie)——目前還沒有一種萬能的方法
，可能需要設計各種前端設計來解決從小型蜂窩到宏的各種用例。

 

 

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