60G毫米波回程链路随时准备提升蜂窝网络容量

毫米波收发器芯片组

2014年末，ADI推出了自己的第二代硅锗（SiGe）60GHz芯片组，其针对小蜂窝回程应用进行了大幅改进和优化。    HMC6300发送器芯片是一款完整的模拟基带转毫米波上变频器。其采用以250MHz步进覆盖57到66GHz的改进型低相位噪声频率综合器，可支持至少64QAM的调制。输出功率已经提升到大约16dBm线性功率，同时集成式功率检测器可监测输出功率，使其不超出法规限制水平。

该发送器芯片可提供对IF和RF增益的模拟或数字控制。在使用更高阶调制的情况下，有时需要模拟增益控制，因为对幅度调制而言，离散增益改变可能会出错，导致出现误码。通过使用内置SPI接口可为数字增益控制提供支持。

对于需要在窄带信道中进行甚至更高阶调制的应用而言，可以向发送器中加入拥有更低相位噪声的外部PLL/VCO，同时为内部合成器加设旁路。图3显示的是HMC6300的方框图。


图3：HMC 6300 60GHz发送器IC方框图

该发送器能支持高达1.8GHz的带宽。选配的MSK调制器可实现速率高达1.8Gbps的低成本数据传送，而无需使用高成本、高功耗的DAC。

HMC6301接收器芯片作为该器件的辅助器件，经过类似的优化能够满足小蜂窝回程的严苛要求。该接收器可将输入P1dB大幅提升到-20dBm，并将IIP3显著提升到-9dBm，从而处理短距链路，因为此时碟形天线的高增益会在接收器输入端产生高信号电平。

其它特性包括：最大增益设置下低至6dB的噪声因数；可调低通和高通基带滤波器；与发送器芯片中的新型综合器相同，且能在57GHz到66GHz频段支持64QAM调制的综合器；对IF和RF增益的模拟控制或数字控制。

图4显示了HMC6301接收器芯片的方框图。请注意，该接收器还包含一个AM检测器，用以解调开关键控（OOK）等幅度调制。此外，其还可提供FM鉴频器，用以解调简单的FM或MSK调制。


图4：HMC6301 60GHz接收器IC方框图

这就是用于为QPSK恢复正交基带输出和解调更复杂的QAM调制的IQ解调器之外的附加功能。HMC6300发送器和HMC6301接收器两者均将采用4x6mm BGA型晶圆级封装。它们将分别命名为HMC6300BG46和 HMC6301BG46，并定于2015年初提供样片。这些表面安装的器件可实现射频板的低成本制造。

图5所示的是实例毫米波调制解调器和射频系统的方框图。除FPGA、调制解调器软件和毫米波芯片组外，该设计还包含一些其它组件。这其中包括AD9234双信道12位1Gsps ADC；AD1944四信道16位最高2.8Gsps发送器DAC；以及HMC7044超低抖动时钟合成器（可支持ADC和DAC IC上使用的JESD204B串行数据接口）。

演示平台

赛灵思和ADI共同创建了一款演示平台实现方案，其采用位于赛灵思KC705开发板上的基于FPGA的调制解调器，配备包含ADC、DAC和时钟芯片的业界标准FMC电路板，以及两个射频模块评估板（图6）。该演示平台包括用于调制解调器控制和视觉显示功能的笔记本电脑和用于复制典型毫米波链路路径损耗的可变RF衰减器。

该赛灵思KC705开发板采用可运行WBM256调制解调器固件IP核的Kintex-7 XC7K325T-2FFG900C FPGA。开发板上的业界标准FMC夹层接插件可用于连接基带板和毫米波射频板。

毫米波模块可迅速插入到基带板上。模块具备用于60GHz接口的MMPX接插件以及用于可选配外部本地振荡器的SMA接插件。

该平台包含在频分双工连接的每个方向对应的250MHz信道中演示高达1.1Gbps点对点回程连接所需的全部硬件和软件。


图5：使用赛灵思和ADI IC实现的实例参考设计


图6：工作中的演示平台

模块化和可定制化

由于基于FPGA的平台能够实现高度模块化和可定制化，可为OEM厂商降低总拥有成本，因此FPGA越来越广泛地应用于各种无线回程解决方案中。此外，由于赛灵思7系列FPGA/SoC产品系列和高性能宽带IP核功耗明显下降，预计赛灵思的毫米波调制解调器解决方案将成为小蜂窝回程应用领域的领跑者。赛灵思FPGA和SoC非常适用于高速节能设计，并且其高速GT则可高效实现宽带通信和切换功能。赛灵思解决方案扩展能力出色，能够支持从运行在数百兆位速率的低端小蜂窝回程产品到同一硬件平台上速率为3.5Gpbs的回程产品的多种产品变化。

对于射频部分而言，收发器现已集成到基于芯片的IC中，并封装成表面安装的器件，便于实现低成本制造。ADI的毫米波芯片组可满足小蜂窝部署的无线回程需要，并在功耗、尺寸、灵活性和功能方面稳占市场领先地位。此外，ADI还可提供行业最佳数据转换器和时钟管理IC，这都是该完整解决方案的关键组成部分。两家公司通力合作，旨在推动这一先进技术在整个行业中的广泛应用。

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