目前許多家庭利用無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)接入點(diǎn)為家里的數(shù)臺(tái)計(jì)算機(jī)提供互聯(lián)網(wǎng)功能。然而，在不久的將來(lái)，這些設(shè)備將被毫微微蜂窩所替代。這些更小的基站有望廣泛用于家庭和小型商業(yè)機(jī)構(gòu)，提供對(duì)第4代(4G)通信服務(wù)的接入。然而，為了支持這些更高數(shù)據(jù)速率能力，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施作為一個(gè)整體必須進(jìn)一步減小放大器失真、提高功效并增加輸出功率。射頻和微波設(shè)計(jì)工程師已經(jīng)作好了準(zhǔn)備贏取這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利，他們的法寶是充分利用最新的數(shù)字技術(shù)，數(shù)字技術(shù)的范圍從先進(jìn)的數(shù)字調(diào)制方案、復(fù)接、基帶處理和前沿方法到信號(hào)處理和線性化等十分廣泛。

轉(zhuǎn)向數(shù)字調(diào)制方案以及由這些方案導(dǎo)致的產(chǎn)品演進(jìn)是無(wú)線通信技術(shù)非常自然的發(fā)展歷程。與模擬調(diào)制方案相比，數(shù)字技術(shù)可以在有限的帶寬上傳輸更多的信息。這種數(shù)字調(diào)制解決方案非常適合在仍然有限的射頻頻譜上向越來(lái)越多的用戶提供越來(lái)越多的服務(wù)。此外，與模擬技術(shù)相比，數(shù)字設(shè)計(jì)通常被公認(rèn)為具有更多的優(yōu)勢(shì)，如更高的安全性，更強(qiáng)的抗干擾和抗衰落能力。

毫微微蜂窩是更為新的數(shù)字調(diào)制技術(shù)下的產(chǎn)物，這得歸功于像picoChip這樣的公司。該公司營(yíng)銷副總裁Rupert Baines表示，“我們正在研究的領(lǐng)域是HSPA毫微微蜂窩(通過(guò)把基站做得更小更便宜進(jìn)一步提高效率)和長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE；采用64正交幅度調(diào)制(QAM)、正交頻分多址(OFDMA)和多入多出(MIMO)實(shí)現(xiàn)密集調(diào)制)。有趣的是，我們可以把基站做得越來(lái)越小、越來(lái)越便宜。這樣可以提高信噪比(SNR)，從而真正實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。”

今年2月份在西班牙舉行的全球移動(dòng)大會(huì)上，picoChip公司演示了兩款最新的picoXcell系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)器件PC313和PC323，這兩種單芯片HSPA+毫微微蜂窩SoC分別可以服務(wù)8個(gè)和24個(gè)用戶，經(jīng)過(guò)擴(kuò)展它們還可以適應(yīng)更多的用戶。這兩種器件據(jù)稱符合第三代合作伙伴項(xiàng)目(3GPP)版本8要求，比如可以達(dá)到42Mb/s的下行鏈路和11Mb/s的上行鏈路數(shù)據(jù)速率。這些器件還滿足版本8對(duì)包含MIMO技術(shù)的要求，因而能夠滿足企業(yè)和“更大毫微微”應(yīng)用要求的更多實(shí)際用戶數(shù)量所需的高數(shù)據(jù)速率和接收密度要求。目前，PC323 SoC可以適合并發(fā)用戶數(shù)量多達(dá)24個(gè)的企業(yè)、校園、農(nóng)村和城市使用場(chǎng)合，蜂窩半徑達(dá)2km。通過(guò)兩個(gè)器件的級(jí)聯(lián)還可以使系統(tǒng)支持的用戶數(shù)量增加到48個(gè)。

Percello公司的一款SoC據(jù)稱也可以降低HSPA+毫微微蜂窩的成本和尺寸。這種型號(hào)為PRC6100的單芯片器件最大限度地提高了數(shù)字集成度，單個(gè)封裝內(nèi)包含有一個(gè)高速M(fèi)IPS24Kc處理器及其外設(shè)、毫微微蜂窩L1引擎(FLE)和嵌入式雙倍數(shù)據(jù)速率(DDR)內(nèi)存。因此，它不需要在電路板上增加任何額外的存儲(chǔ)器或數(shù)字器件。PRC6100符合3GPP HNB規(guī)范要求，最多支持8個(gè)用戶，可提供下行21.6Mb/s和上行5.76Mb/s的HSPA+數(shù)據(jù)速率。

第三代(3G)HSPA/HSPA+和4G長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的興起導(dǎo)致帶寬需求突飛猛進(jìn)。這種需求反過(guò)來(lái)又刺激微波回傳領(lǐng)域中先進(jìn)的調(diào)制和復(fù)用技術(shù)的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)。阿爾卡特－朗訊(Alcatel-Lucent)公司無(wú)線傳輸產(chǎn)品事業(yè)部產(chǎn)品策略經(jīng)理Paolo Volpato指出，“如今業(yè)界已經(jīng)成功地使用一個(gè)無(wú)線電單元實(shí)現(xiàn)了超過(guò)1Gb/s的容量。實(shí)現(xiàn)這種突破性的特殊技術(shù)包括高調(diào)制方案(高達(dá)512QAM)的應(yīng)用、自適應(yīng)代碼調(diào)制(ACM)的開發(fā)以及針對(duì)頻率復(fù)用的先進(jìn)交叉極性抵消系統(tǒng)的使用。”

他繼續(xù)指出，“例如，ACM可以更高效地處理無(wú)線電鏈路中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)容量變化(由于衰落或可變天氣條件引起的變化)。為了應(yīng)對(duì)這些變化，調(diào)制方式會(huì)隨之變化：確保高優(yōu)先級(jí)服務(wù)始終比盡力而為的流量更優(yōu)先地提供。然而，應(yīng)用ACM也會(huì)引起挑戰(zhàn)：在上行鏈路的無(wú)線電方向會(huì)發(fā)生擁塞，這是由于管理來(lái)自不同接入源的新興業(yè)務(wù)的當(dāng)代節(jié)點(diǎn)式混合微波設(shè)備的局限性引起的。”

Volpato解釋說(shuō)，這些混合微波設(shè)備同一上行鏈路無(wú)線電信道的兩個(gè)固定部分處理時(shí)分復(fù)用(TDM)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。TDM業(yè)務(wù)經(jīng)常得到固定大小的帶寬，并加以靜態(tài)保留?；谶@種情況，自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)只能應(yīng)用于當(dāng)前業(yè)務(wù)環(huán)境中的數(shù)據(jù)部分。這種情況源自TDM服務(wù)使用固定時(shí)隙、即便其中一些時(shí)隙空閑也要傳輸這樣的事實(shí)。當(dāng)擁塞發(fā)生時(shí)，不管相對(duì)優(yōu)先級(jí)如何，所有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都會(huì)受到影響(包括互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議語(yǔ)音(VoIP)在內(nèi))。
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最新代微波數(shù)據(jù)包無(wú)線電設(shè)備正在努力克服這種限制，這些設(shè)備將所有類型的業(yè)務(wù)都當(dāng)作可以用單個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理。它們?cè)跓o(wú)線電方向上也采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù)，以便更好地利用信道容量。例如，阿爾卡特－朗訊公司的9500微波數(shù)據(jù)包無(wú)線電設(shè)備借助自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)支持在延時(shí)和抖動(dòng)方面獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的確定性行為。服務(wù)作為優(yōu)先級(jí)的函數(shù)進(jìn)行處理。例如，固有的TDM語(yǔ)音被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包，并與VoIP結(jié)合在一起，以便微波數(shù)據(jù)包無(wú)線電設(shè)備僅需處理單個(gè)語(yǔ)音服務(wù)。

這些系統(tǒng)解決方案的基礎(chǔ)在于同樣依賴于數(shù)據(jù)技術(shù)的元件設(shè)計(jì)的發(fā)展。例如，為了回答減小放大器失真、提高功效和增加輸出功率的問(wèn)題，Scintera公司最近與Richardson Electronics公司合作向市場(chǎng)推出SC1887功率放大器(PA)(圖1)。這種功率放大器據(jù)稱無(wú)需訪問(wèn)同相/正交(I/Q)基帶信號(hào)就能提供迫切需要的線性來(lái)改善效果。SC1887自適應(yīng)射頻功放線性化電路(RFPAL)據(jù)稱可以提供高達(dá)26dB的相鄰?fù)ǖ佬孤┍?ACLR)。這種解決方案不需要使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)或數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。借助Scintera公司的射頻功放線性化電路，設(shè)計(jì)工程師可以在射頻域中完成復(fù)雜的信號(hào)處理。這種解決方案可以應(yīng)用于種類廣泛的各種信號(hào)，包括2G、3G、4G和其它調(diào)制類型，因?yàn)槠淠M信號(hào)處理引擎能夠線性化高效率的功放拓?fù)洹?br />

據(jù)Scintera公司銷售與營(yíng)銷副總裁Kris Rauch表示，“這款I(lǐng)C通過(guò)集成有先進(jìn)模擬電路的片上微控制器實(shí)現(xiàn)了受數(shù)字控制的可編程模擬信號(hào)處理器。這種解決方案可以利用軟件重新配置，從而支持廣泛的調(diào)制類型和所有工作條件下的信號(hào)帶寬。”

Richardson Electronics公司射頻/微波產(chǎn)品部副總裁Chris Marshall表示，“Scintera的模擬預(yù)矯正方法吸引了許多人的關(guān)注，因?yàn)檫@種方法很容易實(shí)現(xiàn)。作為一種射頻至射頻解決方案，它可以應(yīng)用于不能訪問(wèn)基帶信號(hào)的功放設(shè)計(jì)。雖然高達(dá)26dB的潛在ACLR改進(jìn)沒(méi)有數(shù)字預(yù)矯正(DPD)設(shè)計(jì)那么突出，但最小工程成本和相對(duì)較低的單元價(jià)格對(duì)較小規(guī)模的生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)以及中繼器和其它低功耗設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)極具吸引力，因?yàn)樵谶@些場(chǎng)合DPD開銷變得非常大，其相對(duì)較低的操作成本無(wú)法抵消價(jià)格的顯著上升。”

諸如DPD和振幅因子減少等先進(jìn)數(shù)字算法在線性化功放和改進(jìn)發(fā)射器效率(從不到10%提高到40%以上)方面變得越來(lái)越流行，亞諾德半導(dǎo)體公司(ADI)通信基礎(chǔ)設(shè)施區(qū)域小組區(qū)域應(yīng)用工程師Gina Colangelo表示。她強(qiáng)調(diào)指出，DPD要求使用帶高帶寬ADC的觀察接收器實(shí)現(xiàn)耦合式功放輸出的下變頻。先將數(shù)字版本的發(fā)射波形與接收到的波形進(jìn)行比較，然后由自適應(yīng)算法計(jì)算/更新全套系數(shù)來(lái)預(yù)加載下一個(gè)發(fā)射波形。隨著自適應(yīng)算法的收斂，功放得到線性化，輸出失真得到顯著減小。與前向反饋線性化等其它模擬線性化方法相比，速度的提升和采用更精細(xì)的走線工藝使得DPD對(duì)多天線發(fā)射系統(tǒng)來(lái)說(shuō)顯得更具可擴(kuò)展性。

如上所述，很高速度的DAC在今天的無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施中也扮演著重要的角色，因?yàn)樗鼈兪侵饕男盘?hào)發(fā)生器。Colangelo指出，“這些DAC正在執(zhí)行原本由包括基帶處理器在內(nèi)的各種額外電路元件完成的許多功能。另外，數(shù)據(jù)接口越來(lái)越多的使用低壓差分信號(hào)(LVDS)可以使數(shù)據(jù)速率高達(dá)1200Msamples/s甚至更高，同時(shí)保持較低的功耗和電源電壓。DAC的高輸入數(shù)據(jù)速率有助于增加發(fā)射路徑的輸入帶寬，允許更高階的DPD算法或更寬的校正帶寬。LVDS還具有輻射低的特性，可以提供更好的抗噪聲性能和時(shí)序性能。”
最新的信號(hào)處理DAC，如ADI的AD9122 TxDAC+，可以在復(fù)雜的中頻(IF)直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)中工作。這些DAC提供完全調(diào)制的中頻I和Q信號(hào)，這些信號(hào)可以通過(guò)模擬正交調(diào)制器和功放直接饋入天線，不需要額外的信號(hào)調(diào)制。
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通過(guò)利用數(shù)字超導(dǎo)技術(shù)，Hypres公司已經(jīng)能夠開發(fā)出在采樣速度、分辨率和帶寬方面超過(guò)目前ADC產(chǎn)品的ADC器件(圖)。當(dāng)在射頻或微波收發(fā)器中使用時(shí)，這種數(shù)字超導(dǎo)技術(shù)允許非常寬帶的射頻信號(hào)或微波信號(hào)直接在天線之后被數(shù)字化。Hypres公司首席執(zhí)行官Richard Hitt指出，這種技術(shù)不需要使用下變頻器或多個(gè)ADC、濾波器和放大器，“在信號(hào)鏈頂端(接近天線)如此精確快速地?cái)?shù)字化這么寬頻譜的信號(hào)建立起了通達(dá)真正全數(shù)字系統(tǒng)的路徑，數(shù)字基帶現(xiàn)在有了真正數(shù)字的配套前端。對(duì)于射頻和微波工程師來(lái)說(shuō)，不再需要設(shè)計(jì)工作區(qū)來(lái)幫助提升或調(diào)整在通往數(shù)字基帶處理器的流行模擬信號(hào)鏈前端中質(zhì)量受到損傷的信號(hào)。”


當(dāng)在射頻或微波收發(fā)器中實(shí)現(xiàn)時(shí)，數(shù)字超導(dǎo)技術(shù)技術(shù)允許在天線后對(duì)寬帶射頻或微波信號(hào)直接數(shù)字化

正如上述幾個(gè)為數(shù)不多的例子表明，豐富的前沿?cái)?shù)據(jù)技術(shù)正在為下一代基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)師提供看似永無(wú)窮盡的功能選項(xiàng)。就像一般的前沿新興技術(shù)一樣，其中一些技術(shù)已經(jīng)在互相競(jìng)爭(zhēng)。另外，由于費(fèi)用、可靠性、穩(wěn)健性和性能問(wèn)題，有許多技術(shù)可能還不是解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的實(shí)用解決方案。不過(guò)，不管哪種解決方案能贏得LTE的青睞，有件事是確定的：無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施的未來(lái)將越來(lái)越多的依賴于數(shù)字技術(shù)。

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