现可使用60 GHz回程链路提升蜂窝容量

摘要：基于Xilinx Zynq SoC和ADI V频段芯片组的完整60 GHz双向数据通信方案能够提供小型蜂窝回程市场所需的性能和灵活性。

全球蜂窝网络上对数据的需求不断增长，迫使运营商想法设法在2030年前将容量提升5000倍^[1]。要实现这一目标，需要将通道性能提升5倍、分配频谱提高20倍、蜂窝基站数量增加50倍。

许多此类新型蜂窝将布置在室内，因为这里是大部分流量的来源，而光纤则是将流量回传到网络的首选。但还有许多室外场所无法连接光纤或光纤连接成本过高，对于这种情况而言，无线回程是最可行的替代方案。

现可使用免执照的频谱5 GHz，而且无需提供视线(LOS)路径。但是其带宽有限，而且由于大流量和宽带天线，无疑会受到该频谱其他用户的干扰。

对于满足容量需求所需的数以千计的室外蜂窝，60 GHz通信链路正在成为提供此类回程链路的有力竞争者。该频谱也属于免执照频段，但与6 GHz以下的频率不同，它包含高达9 GHz的可用带宽。此外，高频允许窄而集中的天线场型，可在一定程度上提高抗干扰性，但它需要LOS路径。

基于FPGA和基于SoC的调制解调器越来越多地用于各种无线回程解决方案，这是因为使用这种调制解调器的平台模块化且可定制，从而能够降低OEM的总成本。对于这些链接的无线电部分，收发器已集成在基于硅的IC中，并且封装为低成本的表贴器件。

可使用商用器件构建完整的60 GHz双向数据通信链路，如图1中的解决方案所示。该设计由Xilinx和Hittite微波公司(现为ADI公司的下属公司)研发，包括Xilinx调制解调器和ADI毫米波无线电。该链路满足小型蜂窝回程市场的性能和灵活性要求。

如图1所示，创建链路需要两个节点。每个节点都包含一个发送器(带调制器)及其关联的模拟发送器链、一个接收器(带解调器)及其关联的模拟接收器链。

调制解调卡与模拟和分立式器件集成。它包含以数字方式实施的振荡器，能够确保频率合成的精度，并且所有数字功能均在FPGA或片上系统(SoC)上执行。这种单载波调制解调器内核可支持从QPSK到256 QAM的调制，通道带宽高达500 MHz，能够实现高达3.5 Gbps的数据速率。该调制解调器还可同时支持频分双工(FDD)和时分双工(TDD)传输方式。稳健可靠的调制解调器设计方法能降低本振的相位噪声影响。为改善性能和链路预算，内置强大的低密度奇偶校验(LDPC)编码。

毫米波调制解调器

毫米波调制解调器可帮助基础设施供应商为其无线回程网络开发灵活且成本优化的可定制链路。它具有完全自适应、低功耗、小尺寸特性，可用于部署室内和全室外点对点链路以及点对多点微波链路。借助该解决方案，运营商能够构建可扩展、现场可升级的系统。

现可使用60 GHz回程链路提升蜂窝容量

图2详细说明在基于SoC的解决方案中实施的数字调制解调器。平台的可扩展处理系统(PS)位于可编程逻辑(PL)旁，包含双ARM Cortex-A9内核，后者带有集成式存储器控制器和供外设使用的多标准I/O。

该SoC平台用于执行各项数据和控制功能并实现硬件加速。图2所示的是集成式毫米波调制解调器以及配套的PHY、控制器、系统接口和包处理器。但是，用户可以根据所需的架构插入、更新或移除不同的模块。例如，用户可以选择实施XPIC组合器，这样可以将该调制解调器与另一个调制解调器以交叉极化模式配合使用。解决方案在PL中实施，使用SERDES和I/O作为各个数据路径的接口，比如调制解调器与包处理器之间的接口、包处理器和存储器之间的接口、调制解调器彼此之间的接口或DAC/ADC的接口。

该调制解调器IP的一些其他重要特性包括：通过自适应编码和调制(ACM)功能保持链路连续工作的自动无损和无误状态切换、可改善RF功率放大器效率和线性的自适应数字闭环预校正(DPD)、能够保持时钟同步的同步以太网(SyncE)以及里德-所罗门或LDPC前向纠错(FEC)。FEC根据电路要求选择。LDPC FEC是无线回程应用的默认选择，而对于去程等低延时应用而言，Reed-Solomon FEC则更加适合。

LDPC实施方案经高度优化，并利用FPGA并行性帮助编码器和解码器完成计算。这可显著改善SNR。您可通过改变LDPC内核的迭代数量来应用不同级别的并行性，进而优化解码器的尺寸和功耗。此外，您还可根据通道带宽和吞吐量约束条件为设计建模。

该调制解调器解决方案还配备用于显示和调试的图形用户界面(GUI)，并可提供通道带宽选择、调制方式选择等高级功能以及硬件寄存器设置等低级功能。为让图1所示的解决方案实现3.5 Gbps的吞吐量，该调制解调器IP需要以440 MHz的时钟速率运行。它将五个千兆位收发器(GT)用于连接接口，以支持ADC和DAC，并把另外一些GT用于