Low-Cost, Low-Power 5G Infrastructure Transceiver Covers All Sub-7 GHz Bands

SiTune，www.situne-ic.com

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随着需要更高数据速率和更好服务覆盖的新技术和应用的涌入，带宽和天线阵列的扩展是高密度5G网络快速和可靠通信的关键。然而，随着数据包数量的扩大，必须对随之而来的基础设施的扩展进行管理，以尽量减少能耗的增长。

作为基站无线电的一个组成部分，收发器将物理层信号从基带信号处理器向上变频并传输到射频或毫米波功率放大器（PA）和天线。它们还对射频或毫米波模拟信号进行下变频，并将其传送回基带处理器。随着频率和带宽的增加，上、下变频面临着挑战：要确保信号质量，同时尽量减少功耗。模拟电路不遵循摩尔定律，它们不是模块化的，每个电路都必须定制，以满足独特的要求。为了满足更严格的5G新无线电（NR）的数据率、噪声和线性规范，传统的模拟电路设计将消耗更多的能量和占用更多的电路板面积。

硬件智能电路

图1 HIC提高了低功耗混合信号IC的性能。

为了应对这些5G挑战，SiTune开发了最近宣布的SnowWings™，这是一款采用直接射频采样的多标准、可扩展的射频收发器芯片组，在成本和功耗方面具有明显优势。该收发器通过SiTune的硬件智能电路（HIC™）技术降低功耗，该技术能够开发出高能效的无线电单元（RU），并简化了无线接入网（RAN）架构。与市场上其他设备相比，SnowWings的功耗降低了70%。

HIC是一种专利设计理念，它基于硬件和软件的结合，创建校准和数字校正技术，优化和改善定制的低功耗模拟电路的性能（图1）。HIC技术不是通过增加电路面积和功耗来降低噪声和提高线性度的传统权衡，而是建立在低功耗电路设计的基础上，通过“智能”修改来优化性能。这是通过增强的混合信号IC设计完成的，其中数字信号提供反馈，闭合回路改善模拟电路的性能。

图2 SnowWings收发器框图，显示了与射频前端的接口。

基于直接射频采样，SnowWings的内部结构（图2）使用高精度数据转换器和低噪声放大器，以确保基带的接收信号质量和功率放大器的发射信号超过5G NR所要求的信号质量。使用直接射频采样可以避免I/Q不平衡和本地振荡器泄漏。通过将数字基带与模拟射频和中频分解，SnowWings处理功率放大器的数字预失真（DPD）、波峰因子降低和许多关键的数字信号处理操作。这种能力实现了灵活和可扩展的RU设计，其中RU可以适应数字信号处理的变化、7.x功能分割的修改和天线阵列的扩展。另外，SnowWings在选择基带方面也很灵活，因为它支持基带IC处理器或FPGA实现的标准化数字接口（JESD204B/C），同时实现低功耗、高性能的硬件设计。

SnowWings支持从600MHz到7.2GHz的任何需许可或免许可的频段，包括LTE、5G NR和CBRS。为了实现硬件设计的灵活性，在设计中实现了多频段融合的创新概念，这意味着一个可插拔的IC可以覆盖所有7GHz以下的频段，在上行链路有一个额外的低噪声放大器，在下行链路有前置放大器。这种能力支持使用非独立实施的LTE和5G NR解决方案之间的动态频谱共享。

支持O-RAN

5G开放RAN（O-RAN）架构愿景是将硬件和软件分解，以促进开放接口和互操作性。这涉及到RAN的分布式单元（DU）和中央单元的虚拟化，通过远程软件更新为运营商提供更快的网络升级。O-RAN概念的另一个重要目标是使网络运营商和私营企业能够选择最佳的独立硬件组件来建立一个具有最高性能和最低成本的网络。

随着RAN架构的重组，以实现硬件可编程性和可扩展性的方式对O-RAN硬件组件进行分区变得尤为重要。如图3所示，收发器架构在RU中起着关键作用，因为频段、带宽、天线阵列的数量和其他特性会根据应用和使用情况而改变。例如，对于mMIMO、宏基站或小基站的场景，RU的规格变化很大，功能分区在硬件RU和虚拟化DU之间会发生变化。SnowWings的功能分区及其低功耗实现了真正可扩展的RU设计。使用多个SnowWings IC和堆叠多个可编程的L1/低PHY解决方案可以实现各种mMIMO，而无需重新定义整个RU架构。为用一个收发器在室内和室外接入点提供毫米波和7GHz以下的融合提供了灵活性。

图3 O-RAN架构。

小结

SnowWings通过在射频、数据转换器、混合模式电路设计、数字校正技术和通信系统算法方面的专利创新，提供最低的功耗和设计及架构灵活性。与市场上的其他设备相比，使用HIC技术的设备的功耗降低了70%，导致RU成本降低，为企业和电信产品制造商及运营商降低了总成本。