如何利用GSPS DAC实现超宽带宽应用

用于蜂窝网络的微波回传

业界对更高容量的需求日益增加，增长率呈指数式，网络系统的快速部署对保持市场竞争力和满足行业需求至关重要。 因此，由于部署时间计划的限制，光纤或铜缆往往不可行。 下图形显示了微波系统的不同网络设计，它们用于将数据回传到主聚合基站。

对于超过10 km距离的远程部分，通常使用传统波段微波系统进行数据传输。 对于短程部分，也可以使用传统波段，另外还可以使用E波段等更高频架构。 相比于传统波段系统，E波段系统提供的带宽要宽得多，数据吞吐速率也高得多。

总体上，传统和E波段微波系统共同支持了当前50%左右的蜂窝站点，全世界已部署数以百万计的这种系统。

传输频率

本图显示了不同点对点系统使用的传输频率细分情况。 传统微波频段是从6 GHz到42 GHz，其中6到8 GHz通常用于远程传输，11到23 GHz用于短距离传输和网络聚合部分。

在E波段中，带宽高达1到2 GHz。 传统波段和E波段可实现的容量差异相当显著，E波段的潜在吞吐速率可达10 GSPS。 另外，该范围对运营商通常只有“轻牌照”或无牌照要求，有助于降低总拥有成本。

无线回传解决方案

下表显示了不同回程解决方案的频段分配。 它比较了我在前面提到过的通道大小，以及每类系统的典型容量和覆盖距离。 另一个重要方面是各类网络使用的调制方案。 为了提高吞吐速率，传统波段系统使用的调制阶数要高得多，尽管其通道较窄。 这就要求系统使用性能指标更高的器件，尤其是数据转换器的信噪比必须非常出色。

但在V波段和E波段系统中，调制阶数要低得多，因而对转换器信噪比的要求可以放宽。 与传统波段相比，这些高频系统能够获得更高的吞吐速率，因为这些频率可提供宽得多的带宽，不需要提高调制密度就能实现更高的容量。

这些微波系统是点对点架构，通常采用频分双工或FDD，即把发射和接收频率分割在两个不同的频段中，以使系统具有全双工能力。 它们需要“视线”以实现最佳性能，而非微波RF频段可以支持“非视线”。

对点微波系统的重要规格

密集QAM提高频谱效率

点对点微波系统使用正交幅度调制，或称为QAM。 下图显示了对点对点容量重要的基础知识。 图片显示的是16 QAM的星座图。 可以看到，在这个16码元阵列中，描述一个码元要使用4位。 本例中，L系数为4。

带宽与通道间距的关系

通道间隔与通道带宽或码元速率（波特率）的区别， 下图显示了它们之间的差异。 在点对点系统中，通道间隔一般由主管机构通过授权分配。 所谓的传统波段分配是从3.5 MHz到112 MHz。 对于新的E波段，分配是以250 MHz一段进行，最高可达1或2 GHz，即4段或8段的250 MHz频率。 对于给定部署，这种分配是固定的。

数据容量倍增的方法

除了提高调制密度或使用更宽带宽之外，利用交叉极化技术也可以提高容量。

对于邻道共面极化系统，这些无线电具有彼此相同的极化，但工作在不同且相邻的频段或频率。 第二无线电用作冗余，或者用来在其他工作频率获得更多容量。 但是，如果它们工作在不同的频率，就需要两根不同的天线和额外的频率分配，成本可能很高。

邻道交替极化利用两个不同频率，像共面极化一样，但第二无线电极化到与第一无线电正交的相位，以使两个通道之间的干扰最小。 然而，这种系统仍然需要两根天线和两个频率分配，所以仍然存在额外成本和设计开销。

更有效的方案是同道双重极化系统。 在这种配置中，两个无线电工作在相同频率，但具有不同的交叉极化，以使同道干扰最小。 这种配置只需要一根天线，因为两个无线电工作在相同频率，系统成本较低。 理想情况下，如果极化是完全正交的，那么两个通道将会彼此完全隔离。

容量估算

下图显示了对各种链路的原始容量的一些计算。新的E波段系统则能实现比优化后的XPIC传统波段系统高出50%以上的原始容量，而且所用调制的复杂度相对较低。关键在于分配的500 MHz带宽。随着E波段无线电能力的增强，原始容量还有很大的增长空间。

对点系统的常见无线电架构

下图显示了微波无线电信号链和控制路径的一般情形。 发射侧有双基带IQ高速数模转换器，其输出进入一个正交调制器。 然后，该输出进入一个转换器模块，后者执行单边带上变频，将其变为微波频率输出。

传统频段分离ODU 6至44 GHz

对于传统频段，有些系统分为室内单元和室外单元。 室内和室外单元的典型分界线是在数据转换器和无线电的边界。 传统系统的室外单元或ODU包括天线、放大器、上/下变频器和RF混频器，数据基带频率通常约为350 MHz（发射路径）和140 MHz（接收路径）。

传统频段分离 IDU

室内单元包括一些对信号进行预处理或后处理的放大器、数据转换器、调制解调器、FPGA或ASIC。

传统频段完全ODU6至24 GHz

在一个完整的室外单元系统中，数据转换器位于室外单元中，数字ASIC位于室内单元中，基带数据在其间传输。

传统频段完全ODU，带DPD 6至24 GHz

这是同一完整ODU系统的另一张框图，其中包括一个数字预失真观测路径选项。 图中还给出了一个可选器件列表，利用分立转换器来实现同样的无线电。ADI转换器解决方案支持这两种方法。 如果是分立转换器，采样速率必须更高以支持转换，抑制发射机上的边带信号或接收机的镜像。

V波段完全室外单元

分配了7 GHz，有充裕的带宽可供使用，因而可以使用宽带GSPS转换器。 如果是单一50 MHz通道，考虑前面列出的较低频率转换器会更恰当。如果要聚合多个通道，或者同时传输多个不同通道，那么宽带转换器可能更合适。 因此，针对接收机，图中列出了几款精选1 GSPSADC和AD9625 2.5 GSPS RF ADC；针对发射机，则列出了双通道2.8 GSPS转换器AD9136。 无线电配置为直接变频，基带数据驱动微波调制器，正交解调器驱动到宽带ADC。

E波段完全室外单元单次转换架构

在这个E波段单一变频无线电示例中，使用了同样的转换器。 AD9136驱动正交调制器，后者以适当的RF频率输出信号，然后利用镜像抑制上变频器将信号移动到70到80 GHz频段中的E波段频率。接收侧使用一个镜像抑制混频器来将信号下变频到适当的RF频率，通道滤波和信号放大可以在这里一起进行，然后将信号解调或下变频到基带频率范围，ADC可以对其数字化，然后发送到数字ASIC，由调制解调器进行信号处理。

E波段完全室外单元直接变频架构

与前面显示的V波段无线电非常相似。 下图中E波段中的宽通道使得V波段无线电所用的宽带转换器也可用于E波段无线电。 GSPS转换器非常灵活，能够支持多种不同的微波系统架构。对于新回程系统的设计，GSPS转换器是最佳选择。