整合型MIMO收发器 提升微型/微微型基站系统性能

MIMO (多重输入输出)运用技术和射频的波束成型技术已被证明是在宽带无线接入(BWA)系统上，可达到最高数据吞吐量和高频谱利用效率的技术。在这些系统中，关键点是对已知射频路径的调相，并同时对所有信号取样。

为了满足这些要求，系统设计人员通常使用一个属于单一本地振荡器(LO)来源的共同参考频率，并分给两个独立的通道。基站接收器的线性规格和发射器的误差矢量振幅值(EVM)规格，以往会要求混合式的实作形式，纳入各级整合方块，并选择个别的高性能低噪声放大器(LNA)、混频器、增益方块和转换器，以满足系统的目标。

在具有2RX×2TX能力的现代积体组件上，其性能水平已经足以将这些系统的实作，包括高性能的内建接收器、发射器、合成器和转换器都共存于一个组件上。

事实上，整合组件的性能已经从以客户端设备(CPE)定位的产品，到微微型基站及微型基站(Pico and Micro-basestation)性能水平的产品，并且迅速接近完整基站的性能水平。高性能2×2整合组件已经面世，并且是用来实现射频同步的最佳选择，因为如此便可共享组件上所有的资源。

为了发挥MIMO概念的优点，系统规划人员定义4×4、8×8，甚至更复杂的配置。随着系统复杂度增加，同步化的工作也随之增加，材料清单亦然。本文介绍了整合型收发器如何通过减少复杂度、组件数量和成本来简化设计，并同时能够实现出色的微微型基站及微型基站系统性能。

整合型收发器有利同步系统要求

为了产生所要求的射频波束成型样式，两个射频信号之间的固定关系必须存在于MIMO系统所有信道的两两之间。传统上用来建立这些关系的方法是分配共享合成器的输出给接收方块和发射方块，这样它们都会具有完全相同的调相，确切的路径可以特征化并校准，使通道之间的相位差可以求得。一旦建立了关系，波束成型技术可以用来实现所要求的接收或发射样式。

对于2×2的MIMO系统而言，整合收发器的选择显示于图1的虚线框内，可以用来有效实现同步系统。接收器和发射器的组件都有一个共同的LO路径，以便信道的调相在任何时候都是固定的。

图1　2×2 MIMO基站架构

在4×4或8×8(甚至信道更多)的系统，基带处理器使用的参考信号，其同步化须要实现整个系统的一致性。使用全球卫星定位系统(GPS)锁定频率发生器来同步化基带频率将会在相关的文章中探讨，但同步化这个基本的问题也会在这里解决，因为同步基带和射频两者，同样会用来同步整合的系统。

基带同步为射频调相技术关键

所有的组件被同步到相同的参考频率还必须参照一个在射频信道上已知的相位。正如刚才提到的整合解决方案包含必要的LO产生电路，这样就可以简单利用内建的资源简化2×2的系统。然而在高阶系统，射频同步化的任务更加复杂。

每个组件的信道合成器利用其自身的锁相回路(PLL)，产生一个误差信号来强制让原本频率自由振荡的压控振荡器(VCO)对准到所需的频率。将多个整合组件的VCO同步化，使它们的相位一致是非常困难的。正因为如此，给所有组件共享一个外接LO会消除这些问题。可以外接LO的组件显然最适合这样的任务。

单芯片2×2的MIMO组件，如业者已推出包含同步化电路，用来调整基带合成器的频率边缘。此外，该组件除了能够对射频输出信号进行取样之外，还包含外接LO的能力。有了基带同步化以及已知射频输出信号的相位，应用射频调相技术的功能便可以设计出来。

图2显示业者所推出单芯片2×2的MIMO组件的简化方块图。要产生给定系统的一个特定取样率，会使用一个N分频PLL，可在40MHz的范围内的任何参考频率中，合成出基带频率参考信号。对于2×2的系统，参考频率可以是内含的或外接的。基带频率是在两个接收器和两个发射器之间共享，所以并不须要另外设计同步化功能。同样的，射频LO是共享的，所以RX和TX信号的相位一致性则是与生俱来。

图2　单芯片2×2的MIMO组件方块图

对于4×4及具有更多信道的基站系统，通常可用GPS锁定外部参考频率，因此所有收发器组件都会假定有这个功能并加以利用。从基带控制器发出同步化脉冲的应用上，组件的基带PLL被有计划的重置，因而达到基带频率的相位对准。在图3中是个两组件的示意图，但是可以用更多的组件以相同的方法串接下去。

图3　业者推出的基带多芯片同步示意图

选择具有所需数据速率的整数倍参考频率频率，将使得BBPLL运行在整数模式，所以不会发生N分频合成才会有的抖动。例如图4说明了对于一个标准的全球微波存取互通接口(WiMAX)10MHz通道，取样率需要的是11.2MHz，所以会