射频采样技术的应用

二、射频采样技术简介

射频采样技术在基站系统主要应用于发射链路和接收链路。

下面主要介绍射频采样技术在基站系统的发射链路的应用，主要完成数字基带信号到通讯模拟射频信号的一次变频功能。

如图1 所示，对比传统DAC+IQMOD+DVGA 的链路结构， 射频采样采用RFDAC+DVGA 的链路结构，此应用从链路结构、器件数量、系统性能等各方面都有提升。

采样时钟的选取对于射频采样的应用也很关键，首先需要保证采样镜频信号远离主信号以便降低对信号选择滤波器的抑制要求，其次需要规避时钟的多次谐波和射频信号的混频信号，以便防止其采样折叠后进入射频通道所在奈奈奎斯特区域成为干扰信号，影响射频输出杂散指标，对于无法避免的落入的干扰信号需要查看器件指标保证其大小满足协议关于输出的杂散要求。

不同公司的射频采样产品，时钟在芯片中的设计差异导致实际的干扰信号的成分和大小存在差异，因此选用芯片时需要针对性的进行设计选取。

目前的发射射频采样芯片有单通道和双通道两种，单通道的器件支持相同通讯频段下不同制式的混模应用，也支持不同通讯频段下不同制式的混模应用，不同的频段的信号的总带宽最大为器件支持的信号带宽；对于双通道的芯片应用可以实现带宽扩充功能，即射频采样芯片两个通道的数字部分处理两组不同的基带信号，在芯片内部进行合路之后再变频输出，这样的实现方式完成了相同数据速率下，最终输出的射频信号带宽是单通道输出射频信号带宽的两倍。

射频采样技术在接收链路的应用较发射链路的应用较晚一些。对接收链路而言，射频采样方案需要的链路增益较传统的方案要求降低，因此链路的器件数量减少，架构简单；链路中少了混频器从而没有镜频干扰、半中频干扰等杂散， 可以节省链路滤波器的设计；特别对于GSM 的800KHz 的阻塞指标对时钟的相噪高要求较高，目前可以满足此性能的器件很少。

射频采样技术在DPD 接收链路的应用可以借鉴接收链路的应用经验，差异在于DPD 链路对对信号带宽的要求和发射链路一样，因此时钟选择、带宽计算等借鉴发射链路的设计标准。

三、射频采样芯片在发射链路中的应用

本文介绍芯片MAX5870 在基站发射链路的应用， MAX5870 是一颗单通道射频采样器件，数字接口采用LVDS 接口，需要外部提供采样时钟（后续的的产品均考虑将时钟模块集成在芯片中，提供参考时钟即可），最大采样时钟6GHz，可以支持主要移动通讯频段，最大支持带宽600MHz，芯片的关键性能介绍如下所示：

1. 满量程输出：-3~0dBm

2.DAC Resolution：14bit

3. 信号带宽：600MHz

4. 采样时钟：6GHz

5.IMD3:75dBc

6. 输出底噪：-158dBm/Hz

MAX5870 在发射链路应用框图参考图1 所示，时钟选择5GHz，接口速率选择614.4MHz，基带输出的2.1GHz 的LTE 信号和1.8GHz 的GSM 混模信号经过MAX5870 处理后经过DVGA 进行增益放大后再经PA 放大后从天线口发出， 基带信号和MAX5870 的接口采用LVDS 接口（下一代产品将改为JESD204B 接口），射频单板在MAX5870 后测试关键的链路性能如下所示：

1. 输出功率：-19dBm@1GHz

2. 带内杂散：-102dBm/100KHz

3. 输出底噪：-157dBm/Hz

按照上述指标，系统级联后在48dBm 额定输出功率下， 杂散辐射满足指标要求，DPD 训练下的混模输出满足系统参数要求。

下面针对上述发射射频采样芯片在发射链路的应用进行分析总结。

1、优点：

(1) 使用数字变频完成I/Q 信号的调制处理，采样镜频信号距离主信号较远，降低了滤波器对带外干扰抑制的难度；

(2) 因为节省了模拟调制器，所以不需要进行DAC 和调制器之间的匹配电路的设计，简化了模拟链路；也不需要本振模拟信号参与变频从而无需处理本振泄露以及本振和中频的多次混频杂散，射频通讯频段对应的带内频谱干净；

(3) 射频信号支持较宽的信号带宽，因此输出的信号可以支持同频的混摸输出，也支持异频的混模输出，随着射频采样芯片支持的射频采样频率的不断提升，能够支持的异频频段的带宽随之不断提升。

2、缺点：

(1) 时钟设计集成在射频采样芯片中，因此时钟的多次谐波以及其和射频信号的混频产物泄露需要进行频率规划；对于频段较高的通讯频段，当采样时钟不够高时镜频信号做为带外信号泄露较大，滤波器的抑制要求需要根据其是否会落入其他通讯频段影响共站应用进行选择性处理；

(2) 目前的可应用芯片的输出功率偏低，对于单载波应用底噪指标满足要求，对于多载波多模式的大带宽应用，底噪指标临界甚至超标。

(3) 目前芯片的应用还处于研发验证阶段，随着器件的应用推广其功能逐步完善，性能逐步提升，成本也将随着芯片的应用数量增加得到优化。

目前各芯片厂家都着力于研究和推出适用于基站系统的射频采样器件，且芯片在功能上进一步集成热传感器、增益控制、时钟外供等辅助功能，为设计者带来了方便。

四、结论

本文介绍了射频采样技术在基站RRU 射频系统中的应用，主要适用于多模、多制式、多频段、大带宽的应用场景。目前基站RRU 产品中射频采样技术已经在发射链路应用， 且射频芯片的功能随着应用的推广在进一步完善和丰富；适用于接收通路和DPD 处理硬件链路的射频采样芯片也已经设计使用，芯片的功能和性能也会随着应用的深入而优化。随着这三个模块的射频技术的成熟应用，工艺水平和集成技术的发展，高集成的射频采样收发单芯片将成为可能，那么射频链路的小型化和大带宽应用将同时解决。