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借助RFSoC实现可行的5G NR 难以实现商业上可行的系统。在RF前端 逻辑与ARM类处理子系统完美结合在一
5G NR大规模MIMO设计要求在无 （RFFE）和数字前端（DFE）传输数据 起，采用12位4GSPS RF采样模数转换器
线电中使用大量有源信号链，以连接到 产生的相关成本是5G中必须在软件、硬 （ADC）和14位6.4GSPS直接RF数模转
阵列中的每根天线或天线子集。这些有 件和系统级解决的一个主要难题。 换器（DAC），同时具备最佳的数字下
源信号链传统上是由数字转换器、滤波 新推出的这个RFSoC技术通过器件 变频和上变频信号处理能力。
器、混合器、功率放大器或低噪声放大 集成可克服这一难题。该平台采用16nm 该RFSoC采用全可编程MPSoC架
器组成，可能会导致系统的功耗、外形 FinFET芯片工艺，将RF类模拟组件整体 构——一种用于无线电DFE设计的成功
尺寸和成本显著增加。大规模MIMO系 集成到多处理器SoC（MPSoC）中，在 平台。如图1所示，基本架构使用ARM
统中大量用于数字或混合波束赋形的有 单颗芯片上实现全软硬件可编程射频系 处理子系统实现运维（O&M）功能、
源信号链让系统功耗和封装尺寸过大， 统（即RFSoC）。该架构将FPGA可编程 数字预失真（DPD）和协议软件，而
FPGA架构则用于实现高性能数字路径
功能、控制逻辑和高速接口。现在通过
8 Rx Channels
集成通信级RF采样ADC和DAC，去除多
DDC
个分立组件，RFSoC既实现了紧凑的无
JESD RF-ADC 线电部分外形尺寸，还允许在天线阵列
All Programmable MPSoC Device 内部或之后嵌入DFE功能。其结果就是
JESD RF-DAC
JESD204 LTE-Advanced Pro、5G有源天线系统和
Converter Transceivers
Interface IP 2× (15 mm × 15 mm) 大规模MIMO无线电迫切需要的能效、
外形尺寸缩减、设计周期缩短和设计灵
Processing Digital
System Design 8 Tx Channels 活性迈上新的高度。
DUC
JESD204 Transceivers
Converter JESD RF-ADC 降低功耗
Interface IP
图2所示的是使用分立RF采样数
35 mm × 35 mm JESD RF-DAC 据转换器将数据从宽带（1GHz）2×2
RFFE传输到DFE处理时所产生的高功
2× (15 mm × 15 mm)
耗成本。即便在数据转换器中集成有数
字下变频器（DDC）或数字上变频器
(DUC)，仍然需要向DFE发送和从DFE
All Programmable RFSoC Device 接收大量数据。每个Quad接收器显示
的I/O功耗数值（每四个通道1W）包括
ADC 在16nm MPSoC器件上实现JESD204B
协议所发生的功耗。除接口功耗外，
Processing Digital ADC
System Design 分立数据转换器组件的功耗也居高不
DAC 下。典型的单通道RF采样ADC的功耗
约为2.25W，RF采样DAC的功耗约为
DAC
1.75W。
35 mm × 35 mm 如图1所示的DFE信号处理，其采
用最先进的深亚微米CMOS技术来降低
图4：8 Tx/8 Rx无线电中的PCB面积缩减。 功耗，而RF和其他模拟组件则传统上
使用较老的工艺技术。较老的CMOS乃
All Programmable LO LO 至BiCMOS技术能以合适的成本为这些
FPGA or SoC
DDC 主要的模拟分立器件（“Big A”）提
供所需的性能。但是要转为使用数字
AAF BPF BPF
0° LNA 主导的SoC（“Big D”）则要求使用
90° ADC VGA 基于最先进CMOS技术的数据转换器，
BPF
通过显著的功耗和成本节约来实现商
Replaced by Integrated 业可行性。这些数据转换器的集成如
Direct-RF Subsystem 图3所示。
对SoC器件本身，集成数据转换器
All Programmable LO
RFSoC 就无需使用JESD204B IP核和使用器件
DDC 的高速串行收发器。通过避免使用分立
器件、接口、IP核和收发器，随着通道
AAF
数量增多，系统功耗随之下降。在单通
0° LNA
90° RF ADC 道RF数据转换器上，通过避免这些因
BPF 素，在4 Tx/4 Rx无线电中能降低40%的
功耗，在8 Tx/8 Rx系统中能降低50%的
图5：超外差采样接收器和直接采样接收器的比较。 功耗，如表1所示。
12 Microwave Journal China 微波杂志 Sep/Oct 2017

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