用于毫米波5G基礎設施的波束成型器前端和上下變頻芯片

5G發(fā)展勢頭強勁，5G毫米波(mmWave)頻段提供了豐富的頻譜，以支持極高的容量、高吞吐量、低時延及數(shù)量不斷上升的5G毫米波設備，包括手機、筆記本電腦等等。
然而，在網(wǎng)絡速度、帶寬和同步方面，最新5G網(wǎng)絡對測試和表征的需求要比上一代網(wǎng)絡呈指數(shù)級提高。這要求測試新技術和新器件，包括多輸入多輸出(MIMO)天線陣列，高GHz毫米波頻率信號測試和生成。

我們經(jīng)常會遇到如下兩個痛點：

• 測試混合信號：待測(DUT)包含RF信號、數(shù)字信號和模擬信號等需要測試的信號，必須設置多個測試環(huán)境，購買全部不同的設備需要一大筆錢，支出相當可觀。

• MIMO/帶寬：不能使用過去測試4G信號使用的頻譜分析儀，5G信號帶寬更寬，并且需要同時測試不止一條以上的通道。

圖1. 5G SignalVu軟件測量：ACPR、SEM、EVM和功率

波束成型是怎么引入的呢？我們經(jīng)常聽到波束成型器賦能5G毫米波，這并不是炒作。波束管理在毫米波通信中是一種決定性特性，將在5G無線設計的未來發(fā)展中發(fā)揮關鍵作用。從本質上看，想讓5G毫米波對用戶發(fā)揮效用，波束成型是必備的功能。?

圖2. 5G毫米波波束成型器，用于4x4 MIMO雙極化基站(Renesas Electronics)。

波束成型采用多架天線在略微不同的時間廣播相同的信號，讓我們可以通過更具方向性的連接將無線信號聚焦到指定的接收設備，從而使得通信的速度更快，質量更高，可靠性更強。波束成型器是系統(tǒng)的核心，因為它驅動每個天線陣列，通常加在一起會有512架天線和1,024個天線單元。由于每個無線單元中有這么多貼片天線或天線元，所以優(yōu)化整體性能、功耗和每個無線單元的成本非常重要。

圖3. 波束成型器MIMO OTA測試設置(左)，包括RF功率測量(右上)和相位匹配(右下)。

由于這么大的單元數(shù)目，所以波束成型器設計的每個方面都至關重要。功耗會乘512，任何不理想或單元間不匹配也會放大。您需要單元間良好的RMS相位誤差，操控波束時在相位和增益間需要良好正交，否則邊帶電平會提高，進而危及整體系統(tǒng)性能。所有這一切，都使得波束成型器成為5G毫米波無線設計至關重要的組成部分。

然而，在測試波束成型的所有方面時，要求的工時數(shù)量和設備時間數(shù)量都面臨著挑戰(zhàn)。有許多設備，有許多參數(shù)和單元組合，您必需小心各種單元之間的耦合。從干擾到阻塞和等效全向輻射功率(EIRP)，必須從整個天線區(qū)域的方面進行測量，因此傳導測量變得異常重要，空中(OTA)測量也就變得至關重要。

然后呢？我們需要更多更寬的帶寬。我們已經(jīng)推進5G至極高的頻率和很高的瞬時帶寬的邊界，下一步6G是優(yōu)化現(xiàn)有資源，讓科技更環(huán)保，更好地利用有限的頻譜。