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7-2014

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HF-Praxis 7/2014

Mikrowellentechnik

Mikrowellentechnik Mikrowellenradio-Chipset deckt die Bänder von 6 - 42 GHz ab Die mobilen Geräte von heute liefern mehr Kommunikationsleistung als jemals vor. Die neuesten Smartphones nutzen etwa 30 mal mehr Daten als die cellphones, die sie ersetzten, was bedeutet, dass die Nachfrage nach mobilen Daten sich jedes Jahr verdoppelt. Bild 1: ODU-Blockdiagramm Bild 2: Geteilte Montage von IDU und ODU Hittite-Microwave www.Hittite.com Industrieanalytiker sagen voraus, dass sich der mobile Datenverkehr sich bis 2015 vervierfachen wird, da die Zahl der mobilen Nutzern und die Verwendung von Multimedia-Anwendungen ständig weiter ansteigt. Als Ergebnis werden die Zellgrößen schrumpfen, Mikrowellen-Backhaul-Netze werden dichter, neue Basisstandorte werden kleiner, feststehende Standorte werden dichter belegt. Vollständig im Freien untergebrachte Mikrowellen-Radios (oder FODUs) werden mehr und mehr eingesetzt, weil der Platz für Indoor-Geräte (IDUs) immer knapper wird und die Kosten für die Erweiterung eines Standortes mit größeren Geräte- Schutzräumen oft zu hoch sind oder aber die Erweiterung am Basisstations-Standort nicht möglich ist. (Bild 1). Als Ergebnis werden mehr Endgeräte für den Einsatz im Freien, auf Traggestellen, an Masten, Türmen oder Wänden verpackt. Mikrowellenradios im Freien sind in sich abgeschlossene, selbständige Systeme, welche die Verkehrsschnittstellen integrieren, Schalt- und Multiplexing-Elemente, sowie Radiomodems und Sendeempfänger enthalten, alle verpackt in einem wetterfesten Außengehäuse. Vollständige ODUs machen auch die Verkabelung überflüssig und vermeiden die sonst unvermeidlichen Kabelverluste. Hittites hoch integrierte ZF-Sender-, Empfängersowie Basisband-Modem-Chips ermöglichen dem Designer den Aufbau eines weniger komplexen Gerätes mit geringerem Platzbedarf. Im Gegensatz dazu enthält die Außeneinheit (ODU) in konventionellen, geteilt montierten Systemen nur das Mikrowellengerät, das über ein Koaxialkabel mit einem Radio-Modem in der Indoor-Einheit (IDU) verbunden ist (Bild 2). In einem geteilt aufgebauten Radio-System, enthält die IDU auch die Verkehrs- Interfaces und die Schalter- und Multiplexing-Elemente. Als Reaktion auf diese Entwicklung hat Hittite Microwave eine Serie von Mikrowellenradio-IC- Chipsets entwickelt, die nicht nur den Frequenzbereich von 6 bis 42 GHz abdecken, sondern auch die Abmessungen, Komplexität, Produktionskosten und den Leistungsbedarf von Mikrowellenradios deutlich senken. Die Chipsets ermöglichen vollständige Up- und Downconversion- Lösungen, die dafür entwickelt wurden, den Bedarf nach höherer Bandbreite und kürzerer Timeto-market in geteilten ODUs zu erfüllen, aber in gleicher Weise auch in vollständig im Freien angebrachten Einheiten (FODUS) eingesetzt werden können. Die Chipset-Lösungen vereinfachen die Produktion, den Einsatz, und das Lager- Management, denn da die Chip- 38 hf-praxis 7/2014

Mikrowellentechnik Bild 3: Komplettes Referenzdesign mit einem 18-GHz-/Sender/Empfänger-Chipset sets hoch integriert sind werden auch nur wenige individuelle ICs benötigt. Hittites neue Chipsets unterstützen auch Modulation höherer Ordnung und stellen Kanäle von 7 bis 112 MHz für bis zu 4096-QAM-Modulation zur Verfügung und sorgen damit für eine deutliche Steigerung der Nutzung des Frequenzspektrums und der Kapazität. Das funktionelle Diagramm in Bild 3 ist ein Beispiel dafür, wie Hittites Up- und Down-Conversion-Chipsets zur Realisierung eines Mikrowellenradios für das lizenzierte 18-GHz-Punkt-zu- Punkt-Band (17.7 – 19,7 GHz) eingesetzt werden können. Das 18-GHz-Chipset-Referenzdesign wandelt die 350-MHz-ZF von der IDU in ein 18-GHz-Sendesignal an der Antenne um. Im Kern des Sender-Chipsets befindet sich der hoch integrierte ZF-Sender HMC7436LP5ME. Er ist für hochlinearen Betrieb konzipiert und unterstützt Modulationsraten bis 4096 QAM. Er ist in einem standardmäßigen, 32-poligen 5 x 5 mm QFN- Gehäuse untergebracht. Der ZF-Senderchip HMC7436L- P5ME, siehe Bild 5, verwendet das Standard-ZF-Signal von 300 bis 400 MHz und konvertiert es in ein unsymmetrisches 0,85 bis 4-GHz-Signal an seinem Ausgang. Der Eingangspegel des ZF-Signals kann zwischen –28 dBm und +3 dBm liegen. Um Verluste des Eingangskabels auszugleichen bietet der HMC7436LP5ME eine Verstärkungseinstellung von 32 dB in 1-dB-Schritten, während ein analoger VGA das Sender-Ausgangssignal im Bereich von –20 bis 0 dBm kontrolliert. Der HMC7436LP5ME enthält auch drei integrierte Leistungsdetektoren: • einen Square-law-Detektor hinter dem DVGA dient zur Einstellung der in den Mischer eingespeisten Leistung • einen Hüllkurvendetektor nach dem Mischer zur Kalibrierung • einen logarithmischen Detektor zur Feineinstellung der Ausgangsleistung mit dem analogen VGA. Analoge Basisband-IQ-Interfaces sind auch vorgesehen, um Full-ODU-Konfigurationen zu unterstützen. In dieser Basisband-Konfiguration enthält der HMC7436LP5ME vier integrierte und konfigurierbare Tiefpass-Rekonstruktions-Filter, welche die Kanalbandbreiten 14, 28, 56 und 112 mit Bandbreitenkalibrierung abdecken. Der ZF-Senderchip wird über ein Dreidraht-SPI-Interface konfiguriert. Das LO-Signal für den Empfänger-Chip kann vom Breitband-Fraktional-Synthesizer des HMC830LP6GE übernommen werden, der den Bild 4: Das 18-GHz-Sender-Chipset-Referenzdesign hf-praxis 7/2014 39

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