波束形成器解决方案为5G毫米波任务做好准备

2022-10-30 10:18:32 来源:EETOP

随着 5G 毫米波系统设计的全面展开,三家公司正在提供面向各种 5G 应用的芯片和系统波束形成器解决方案。

毫无疑问,毫米波波束成形技术对于 5G 实施至关重要,因为它们能够解决传播损耗、高频传输和高精度信号传输问题。

为满足这些需求,三家提供毫米波技术的公司在夏季发布了创新解决方案。这些产品承诺在 5G 应用中实现高效率和可靠性。

在本文中,简要介绍一下这三家公司的芯片在毫米波波束成形创新,已经强调了它们在 5G 实施中的可行性。

基于 SiGe 工艺的模拟波束成形 IC

就其本身而言,恩智浦半导体(NXP)在 6 月宣布将其最新的模拟波束成形解决方案 MMW9012K 和 MMW9014K 添加到其 5G 产品组合中。该公司利用其硅锗 (SiGe) 工艺将双极化支持纳入解决方案,使其能够实现高 5G 可靠性和最大化集成水平。

对于其 MMW9012K 波束成形 IC,恩智浦利用其 SiGe 工艺来整合双极化支持

基于 5G 技术的解决方案的这些改进显著降低了 5G 毫米波解决方案的成本、5G 基站的尺寸和电流消耗。对高精度 5G 连接的需求不断增长,尤其是在人口密集的城市地区,这使得MMW9012KMMW9014K对于当今的 5G 应用至关重要。

尽管这些领域需要基于高频和带宽的 5G 毫米波解决方案,但高频会导致毫米波信号距离更短,从而导致其部署过程中出现显著的传播损耗。这些解决方案使设计人员能够为客户实现更精确的 5G 毫米波波束转向和更高的整体系统可靠性。

可通过 LVDS 或 SPI 编程

设计人员可以使用低压差分信号 (LVDS) 链路或高速串行外围接口 (SPI) 总线对 MMW9012K 和 MMW9014K 4 通道双极化模拟波束成形 IC 进行编程。

该解决方案提供 8 位相位和增益分辨率,每个通道都包含一个发送 (TX) 和接收 (RX) 链。两条链都提供移相器、缓冲器和可变增益放大器 (VGA)。然而,恩智浦嵌入了片上功率检测器,用于在传输过程中监控天线端口的功率水平。

据恩智浦称,该解决方案的小型 FO-WLPBGA 封装尺寸使其适用于小型化密集型应用。设计人员可以将 MMW9012K 和 MMW9014K 集成到相控阵天线 (AESA)、无线基础设施、双极化天线以及 5G NR、RAN 和 CPE 应用中。在本文发布时,恩智浦似乎并未提供这两种器件的数据表。

小尺寸每通道波束形成器解决方案

看到支持 n257、n258 和 n260 频段的全球主流使用所需的下一代技术的需求不断增长,Psemi发布了其 毫米波产品套件。该套件包括8 通道波束成形前端 PE188200 和通道上下转换器 PE128300,两者都是 5G 应用所必需的

据该公司称,这些毫米波 IC 可用于多种应用,包括基于 5G 基站的天线系统、点对点无线电通信和 5G 客户端设备。Psemi 表示,它提供支持包和技术专长,以协助设计人员进行 5G 产品开发。

8 通道波束成形前端 PE188200 的功能框图。图片由Psemi提供

虽然据说这两款 IC 都具有关键的设计优势,例如每通道占用空间小和广泛的 IF 到 RF 覆盖范围,但 PE188200 提供天线设计灵活性和高精度毫米波波束成形,而 PE128300 提供低功耗和系统损伤最小化功能. PE188200PE128300的产品简介中提供了更多信息。

Psemi 表示,因为它们是单片集成,所以这些 IC 可以让设计人员构建大型阵列而无需额外的布线。此外,设计人员可以通过将上下转换器与多达四个波束赋形前端集成来实现混合波束赋形和其他几种天线配置。

8 通道波束赋形前端的特点包括:

  • 覆盖 n257 频段的 26.5 GHz 至 29.5 GHz 频率范围

  • 快速波束切换

  • 四个双极性天线

  • 射频端口阻抗为 50 Ω

  • 512 密集型片上存储器

  • 基于 SPI 的编程

  • 功率放大器和低噪声放大器集成

同时,Psemi 的 PE128300 双通道上下转换器提供 24.25 GHz 至 29.5 GHz 的频率范围,支持 n258 和 n257 频段。此外,该 IC 可在 800 ns 内实现超快 TDD 切换,兼容 PE188100 和 PE188200 波束成形 IC,以及基于单字节 SPI 命令的控制。

毫米波 SDR 的原型设计解决方案

与此同时,Tmytek 专注于为 5G 应用启用毫米波软件定义无线电 (SDR) 功能。该公司发布了一种解决方案,旨在帮助改善多个射频通道的增益和相位,并以出色的误差矢量幅度 (EVM) 性能将 SDR 频谱扩展到 5G FR2 毫米波频段。

该平台名为 NI USRP SDR,由UD Box 5G和  BBox 5G系列盒级系统组成。它们共同为设计人员提供 5G NR 毫米波传输、分析和波束控制功能。Tmytek UD Box  BBox 可以将低于 6 GHz 的信号转换为 28 GHz,以在高达 400 MHz 带宽/256 QAM 的 EVM 质量下在毫米波频段内进行 5G NR FR2 波形传输和分析。

左图显示了 Bbox 5G 波束形成器(下)和 UD Box 5G 上/下转换器(中)和基站仿真器(上)。右图显示了带有阵列天线的 BBox 5G 单元的特写。图片由Tmytek提供

Tmytek 表示,这些解决方案的功能允许实时监控和超快速原型设计。它们提供了一个现成的波束管理平台,设计人员可以将其整合到他们的毫米波应用中。设计人员还可以将 Tmytek 的界面 GUI-TMXLAB (TLK) 与 UD Box 和 BBox 解决方案集成,以改变光束角度以最大限度地提高信号质量。

UD Box 可最大限度地利用低于 6 GHz 的仪器,为广泛的 5G 毫米波频谱提供独立解决方案,并简化上下转换。同样,BBox 解决方案提供高效的毫米波模拟波束形成、用于 GUI 和 API 控制的软硬件集成,以及适用于各种应用的波束形成控制。

其中包括毫米波雷达、快速毫米波扫描信道探测系统和 5G 新无线电毫米波 (NR mmWave) 波束成形空中 (OTA) 通信。


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