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8-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

LTE Bild 5: Ein

LTE Bild 5: Ein Vergleich der benötigten Platinenfläche eines 2 x MIMO-Null-ZF-Senders und einem HF-DAC-Sender mit dem MAX5868. Die Abkürzungen bedeuten: AQM = analoger Quadraturmodulator; LO = lokaler Oszillator (PLL/VCO-Synthesizer); VGA = Stufe mit variabler Verstärkung; I/Q-Filter = mehrpolig. Das Diagramm ist nicht maßstabsgerecht Ein HF DAC synthetisiert Ausgangssignale bis mindestens 500 MHz Signal-Bandbreite, bei Trägerfrequenzen von 2,0 GHz oder höher. Vorteile des HF-DAC-Senders Verglichen mit herkömmlichen HF-Senderarchitekturen (Bild 4) wie Null-ZF (Zero IF), komplexer und realer ZF benötigt die RF-DAC-Lösung nur eine kleinere Leiterplattenfläche (PCB) und weniger Komponenten. Sie begnügt sich mit geringerer Betriebsleistung und hat ein ausgezeichnetes dynamisches Verhalten. Im Hinblick auf die HF-Leistung bietet der HF-DAC bedeutende Vorteile gegenüber anderen Topologien. Die digitale Aufwärtskonvertierung (DUC) mit in der DDS implementierter digitaler Filterung eliminiert Verstärkungs-Phasenfehler und erzielt perfekte Trägerunterdrückung ohne LO-Übersprechen. Das Ergebnis ist eine ausgezeichnete EVM-Performance, auch wenn höherwertige Modulation wie QAM64 übertragen wird. Der Quadratur-NCO macht den HF DAC zu einem frequenzbeweglichen Sender, der über das gesamte Spektrum der LTE-Bänder abgestimmt werden kann. Da der HF DAC breitbandig und frequenzagil ist und hohe Dynamikwerte aufweist, kann ein einziges Bauelement Multicarrier-, Multiband- und Multistandard- Signale einschließlich GSM, WDMA und LTE synthetisieren. Jetzt können Designer ein vollständig digitales, Softwaredefiniertes Funkgerät verwirklichen und übereinstimmende Hardware auf vielen eNodeB- Funkplattformen einsetzen. Ein anderer Nutzen der Direktkonvertierungs-RF-DAC-Technologie ist, dass sie den Einsatz eines preiswerteren digitalen Vorverzerrungs-Monitorempfängers (DPD) ermöglicht. Makrozellen-Basisstationen nutzen DPD-Techniken zur Linearisierung von HF-Endverstärkern (PA). Das erfordert einen Empfangskanal zur Überwachung des PA-Ausgangssignals (Bild 3). Der Beobachtungsempfänger erkennt PA-Verzerrungen sofort und arbeitet mit einem Vorverzerrer (Predistorter) zusammen, um die entstehenden Intermodulations- und Nachbarkanalstörungen zu kompensieren. Typisch erfordert die DPD- Bandbreitenerweiterung, dass die Bandbreite des DPD-Überwachungsempfängers fünfmal so groß wie die Datenbandbreite sein muss. In Anwendungen mit 100-MHz-CA-Applikationen (CA = Carrier Aggregation) bedeutet dies, dass die DPD- Bandbreite mindestens 500 Bild 6 : Ein Träger-Aggregations-Szenario, in dem der MAX5868 HF-DAC gleichzeitig zwei 20-MHz- Teilträger mit 365 MHz Abstand synthetisiert 50 hf-praxis 8/2016

LTE Bild 7: Das Diagramm zeigt die Maße eines aktiven Antennensystems (AAS), das aus einem Array von 16 kreuzpolarisierten Antennenelementen besteht MHz betragen muss. Der Beobachtungsempfänger darf dem beobachteten Signal auch keine eigenen Störungen hinzufügen, weil sie nicht von den Signal- Beeinträchtigungen im Haupt- TX-Pfad unterschieden werden können. Infolgedessen muss der DPD-Beobachtungspfad ausgezeichnete Linearität aufweisen, was Kosten und höhere Schaltungskomplexität verursacht. Wenn andererseits der Haupt- TX-Pfad nur geringfügig beeinträchtigt ist, können die DPD- Pfadbeeinträchtigungen korrigiert werden. Wie bereits erwähnt, bewirkt der RF-DAC keinerlei Verstärkungs- oder Phasenfehler, was zu vernachlässigbaren Beeinträchtigungen des TX-Pfades führt. Deshalb kann ein preiswerter und einfacherer DPD-Empfänger, wie z.B. ein Null-ZF-Empfänger (ZIF) eingesetzt werden. Es gibt drei Gründe, warum die ZIF-Architektur preiswerter ist: (1) Quadraturdemodulation benötigt nur einen Zweikanal- High-Speed-DAC mit niedrigerer Umwandlungsrate und Basisband-Sampling, da sie nur die Hälfte der DPD-Erweiterung digitalisieren muss. (2) Da der ADC nur Basisbandsignale sampelt, erfordert er keinen Pico- oder Femto-Sekunden- Apertur-Jitter. (3) Die Basisband-I/Q-Antialias-Filter sind preiswerter- und einfacher im Design, verglichen mit ZF- oder HF-Filtern. Insgesamt verringert der RF-DAC- Sender die Anforderungen an den Signalpfad des DPD-Empfängers, wodurch Systemkosten und Entwurfskomplexität verringert werden. RF-DAC in MIMO- Anwendungen LTE Rel-8 begründetet den Support für 2x2-MIMO in den Anwender-Gerätekategorien (UE) 2 bis 4. Die UE-Kategorie gibt die Eignung der Benutzereinheit für das Erreichen einer bestimmten Datenrate an. Rel-8 führte auch 4x4 MIMO ein, um eine spektrale Downlink-Effizienz von 15 Bits/s/Hz zu realisieren und eine Spitzendatenrate von 300 Mbps zu liefern. Rel-10 erweiterte dies mit 8x8 MIMO, um die Effizienz auf 30 Bits/s/Hz bei 3 Gbps zu steigern. Rel-12 stellt weitere Verbesserungen für MIMO-Antennendesigns vor. Die Verwendung von MIMO kann als eNodeB-Sender- Kanalmultiplikator angesehen werden. Beachten Sie auch, dass 8x8-MIMO die doppelte Funkkanaldichte gegenüber 4x4-MIMO aufweist und die vierfache von 2x2-MIMO. Dies kann man als „MIMO-Multiplikatoreffekt“ bezeichnen. In dem Maße, wie sich 4G-Netze entwickeln, um mehrfache Antennenkonfigurationen zu unterstützen, multipliziert sich auch die Anzahl der MIMO-Senderkanäle. Der MIMO-Multiplikator macht die Schaltungsgröße jetzt zu einem kritischen Designfaktor für eNodeB-Sender. Bild 5 vergleicht den Leiterplattenbedarf eines typischen Null-ZF-Senders mit einem HF-DAC-Sender in einer 2 x 2-MIMO-Anwendung. Die HF- DAC-Anwendung ist erheblich kleiner; sie benötigt gewöhnlich 60% weniger Boardfläche Bild 8: Jeder AAS-Radiotransceiver (2T2R+2DPD) darf ungefähr 130 Quadratzentimeter auf der Leiterplatte belegen hf-praxis 8/2016 51

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