关于4G的三个关键词

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          随着市场的逐步启动和相关政策的逐渐明朗,3G无疑已经成为2009年中国半导体界最为火爆的话题之一。不过对于那些关心长远发展和技术路线图的企业和工程师来说,3G后通信产业会走向也是他们特别关注的。在不久前IIC China 2009上海站所举行的一场名为“超越3G”的高峰论坛上,来自IMEC、ADI和CoreSonic的专家们就这个议题同台下座无虚席的观众进行了探讨。软件无线电(SDR)、TD-LTE、可编程无线基带处理器成为本次会议的三个关键词。 

          IMEC:真正可重新配置的SDR 

          来自以色列独立研究机构IMEC的李敏介绍了该公司的SDR技术。据悉,随着移动通信终端日益小型化以及需要支持更多标准的趋势,复杂费时和昂贵的每种标准需要一个芯片的解决方案正在被逐渐抛弃,能在单芯片架构下支持多个标准的、软件可配置的SDR技术正在引起越来越多的关注。 

          SDR已经踏上了它的商业化道路。早在2007年三星就宣布推出了全球首款TD-SCDMA/HSDPA/GSM/GPRS/EDGE多模手机,其中采用的正是NXP推出的Adelante VD32040嵌入式矢量处理器(EVP)的软件调制解调器。此外,英飞凌也在去年Mobile World Congress上发布了预计于2009年开始提供样片的第二代SDR芯片“X-GOLD 20”。除此之外,Icera、Silicon Hive、Standbridge、Coresonic、3Puls1、PACT等小公司也对SDR技术寄予了厚望。 

          乐观预计,2009年全球将会有1%的新付运手机采用SDR技术。“到2011年时这个数字会上升到11%。”李敏表示。不过他也指出,目前SDR阵营仍需克服几个挑战,比如MIMO还没有解决,数据吞吐率与新兴标准(如LTE)相差较远,无法满足要求,此外可编程性还受到一定的限制。 

          在解决上述问题上,IMEC已经先行一步。李敏声称,该公司的一项研究原型能够提供更高度性能和更小的功耗和芯片面积。该芯片不仅支持MIMO,且数据吞吐率可达216Mbps。另外,在台积电90nm工艺下芯片面积仅有32平方毫米。而在100Mbps速率下2×2 SDM-OFDM的功率也仅有300mW。“如果将来采用45nm工艺,即使在现有技术下,功耗也会降低到100mW。”此外,该芯片还允许采用C语言进行编程,并提供软硬件一体的可伸缩平台模板,从而令工程师获得更快的上市时间。 

          特别要介绍的是射频部分。李敏指出,目前已有的一些多模方案采用的是“自下而上”的SDR实现方法,它们在芯片中必须为所支持的标准配备专门的电路。相比之下,真正意义上的可重新配置的RF方案却并不多见。而IMEC的Scaldio就是这么一款“自上而下”的SDR解决方案。它不仅拥有较宽的工作范围(100MHz~6GHz),且信号带宽也在700kHz~46MHz之间连续可调。并支持几乎所有的无线标准,包括802.11a/b/g/j/n,802.15.1/4,802.16e,GSM、EDGE、UMTS-TDD/FDD,HSDPA,3GPP-LTE,DAB/DMB/DVB-H。目前IMEC基于130nm工艺和45nm工艺的芯片都已流片。

          向LTE迈进:Tx/Rx设计注意事项 

          ADI公司RF和联网元件部门负责业务发展的总监David M. Boylan在他的演讲中探讨了向LTE演进过程中需要解决的一些问题。他表示,在过去的几年中,新应用的出现推动着3G技术标准的不断进步,3GPP Release 8中定义的LTE下行和上行数据传输速率已经提高到100Mbps和50Mbps的水平。不过,LTE所采用的OFDM调制和可变信道实现方案不仅对EVM和本振/时钟的相位噪声有更严格的要求,而且对基带和无线带宽能力以及PA线性化的要求也大大提高了。进一步地,其对无线发射机和接收机的设计也提出了挑战。 

          Boylan指出,有七点建议应该在LTE的Tx设计中给予重视。首先,3.5G LTE频谱质量和发射限制与现有的3G WCDMA规格相符。其次,单载波LTE发射机可能与3G架构极其相似。第三,EVM和频谱质量是关键规格。第四,DAC的动态范围由发射的LTE(或WCDMA)载波数决定。对于高动态范围多载波设计,建议采用16位DAC。第五,工业宽带IQ调制器现在提供必需的动态范围:SFDR=2/3(OIP3-NSD)≥80dB(对于Ch_BW=5MHz)。第六,由于工作频率范围方便进行多频段无线电设计,因此应选择集成了VCO的宽带小数N分频合成器,以获得最佳EVM性能。最后,必须采用高线性度放大器和驱动器放大器,从而使频谱质量满足高PAR OFDM的要求。 

          在Rx的设计方面也需要注意一些问题。首先,LTE接收机灵敏度级别与现有的3G设计相匹配(NF至5dB)。其次,应采用阻塞情形预测和区域部署来确定接收机动态范围、数字转换器分辨率和增益控制需求(AGC)。此外,由于3.5G和4G接收机需要更高的解调带宽(≥20MHz),从而需要具备出色抗强干扰能力的更具鲁棒性的设计。不过,由于宽带设计会导致强干扰无法被信道滤波器衰减,因此需在射频处采用AGC,以在进入混频器之前对干扰进行衰减并使之保留在中频处。而相互混频又要求LO相位噪声≤-115dBc/Hz @+/-250kHz。“小数N分频集成式PLL和VCO能够以大于10dB的裕量满足这种要求。”他说,“总之,需要新型RF混频器在强干扰条件下具备最佳的抗噪声干扰能力。” 

          “在中国,TD-SCDMA将会向着TD-LTE演进。”Boylan表示,由于TD的RF带宽有15MHz,因此最多可容纳10个1.4MHz信道。“TD-LTE与TD-SCDMA帧结构相同。不过对于目前标准的Rx灵敏度级别,TD-LTE的要求则要比采用MIMO的TD-SCDMA更严格。因此如果现有的TD-SCDMA平台没有足够的裕量,主接收机可能必须进行重新设计。” 

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