摘要

　　商業(yè)建筑和體育場館需要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的蜂窩覆蓋,，但相關(guān)環(huán)境對信號接收造成了挑戰(zhàn)。本文詳細(xì)介紹了分布式天線系統(tǒng)（DAS）的綜合解決方案,，為在建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部擴(kuò)展蜂窩覆蓋范圍和容量帶來了更優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)思路,。本文概述了高集成度系統(tǒng)設(shè)計(jì)的多項(xiàng)優(yōu)勢,，該設(shè)計(jì)中包含了射頻收發(fā)器以及與之耦合的雙向放大器（BDA）或遠(yuǎn)程訪問單元（RAU）設(shè)備,。讀者可以通過仔細(xì)查看草擬的方框圖,，更深入地了解解決方案中的多種元素將如何協(xié)同工作。

　　簡介

　　商業(yè)建筑和體育場館等現(xiàn)代環(huán)境常需要改進(jìn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能,，以提供無縫連接體驗(yàn)。然而,，如今的大型商業(yè)建筑,、醫(yī)院和體育場館常常會采用厚鋼材,、混凝土和節(jié)能玻璃墻，這些材料容易阻礙蜂窩信號傳輸,，導(dǎo)致人員在其中無法獲得良好的手機(jī)信號,。換句話說，加固結(jié)構(gòu),、有色窗戶以及其他建筑材料會讓建筑物屏蔽射頻信號1,。此外，高層建筑可能會受到附近蜂窩塔的高水平射頻干擾,，這會進(jìn)一步降低信號質(zhì)量,。當(dāng)狹小空間中的人員過多時(shí)，常會導(dǎo)致系統(tǒng)超容量,，這也是手機(jī)接收信號不良的一個(gè)原因,。這些因素共同導(dǎo)致了不理想的蜂窩電話接收效果。而集成式DAS解決方案可以在提供優(yōu)質(zhì)蜂窩服務(wù)和加速無線網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用,。

　　什么是DAS,？

　　DAS是一種室內(nèi)無線增強(qiáng)系統(tǒng)，可為建筑內(nèi)的人員提供可靠的手機(jī)覆蓋,。DAS是由在空間中彼此獨(dú)立的天線節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò),，可擴(kuò)展蜂窩范圍并增強(qiáng)信號強(qiáng)度，在高密度室內(nèi)或室外場所實(shí)現(xiàn)出色的蜂窩連接體驗(yàn),。盡管DAS的具體部署方式各不相同,，但典型部署可能涉及以下組件的直接連接：施主天線、射頻信號BDA或增強(qiáng)器,、無線運(yùn)營商的基站收發(fā)臺（BTS）,、光纖分配前端、RAU以及建筑物內(nèi)經(jīng)戰(zhàn)略性部署的多個(gè)天花板天線,。某些情況下,，還需要為每家運(yùn)營商都安裝一個(gè)BTS。

　　通常,，多個(gè)射頻饋送信號會被合并,，然后傳遞到前端，即主分配單元,。施主天線位于建筑物頂部,，負(fù)責(zé)發(fā)送信號和接收來自蜂窩運(yùn)營商的信號，并通過處于適宜位置的射頻信號BDA將無線信號引入建筑物中,。前端設(shè)備隨后通過各種光纖電纜向RAU饋送信號,。RAU又通過同軸電纜向天線系統(tǒng)饋送信號。單個(gè)RAU可以向多個(gè)天花板天線饋送信號,。與蜂窩基站為蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供覆蓋類似,，這可以為建筑物內(nèi)的移動設(shè)備提供語音和數(shù)據(jù)服務(wù),。圖1顯示了一個(gè)典型的全DAS架構(gòu)。

　　室內(nèi)無線覆蓋有兩個(gè)主要的改善趨勢：一是僅使用射頻增強(qiáng)器或BDA產(chǎn)品,，這些是簡單的信號中繼器（也稱為無源DAS）,；二是使用完整的有源DAS系統(tǒng)，如圖1所示,。無源和有源DAS信號分配系統(tǒng)均可用于改善商業(yè)建筑內(nèi)的無線覆蓋和容量,，可根據(jù)實(shí)際情況選用?；旌螪AS是指同時(shí)包含無源和有源方案的分布式系統(tǒng)。

　　圖1.混合DAS架構(gòu)

　　雙向放大器

　　射頻信號從施主天線傳播得越遠(yuǎn),，信號強(qiáng)度就會越來越弱，原因是長同軸電纜會帶來衰減,。無源DAS可以避免或減輕這種情況，該方案使用了大量的多頻段射頻中繼器來增強(qiáng)或放大并重新驅(qū)動信號,。BDA前端包括一個(gè)具有濾波性能的低噪聲放大器（LNA）,，有時(shí)還包括自動增益控制（AGC）電路,。AGC器件專門設(shè)計(jì)用于限制射頻功率水平，以及保護(hù)BDA免受損壞或失真,。BDA可同時(shí)放大兩個(gè)方向上的射頻信號。BDA不會調(diào)制,、修改或以其他方式扭曲實(shí)際射頻信號。其主要作用在于增強(qiáng)整個(gè)建筑物中的射頻信號,。大多數(shù)BDA模塊設(shè)計(jì)用于同時(shí)放大多個(gè)載波，其使用不需要與運(yùn)營商達(dá)成協(xié)議,。圖2所示為高級方框圖,，其中包含推薦使用的BDA器件,，可用于放大和重播射頻信號。

　　DAS遠(yuǎn)程訪問單元

　　DAS前端設(shè)備負(fù)責(zé)執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,，可轉(zhuǎn)換來自一家或多家運(yùn)營商的射頻信號。這就是為什么每家供應(yīng)商通常需要運(yùn)營商批準(zhǔn)才能安裝有源DAS,。將射頻信號數(shù)字化并將其置于高帶寬光纖電纜上,，可使信號以高帶寬、全強(qiáng)度和非常低的損耗,，并跨越更遠(yuǎn)的距離傳輸至整個(gè)商業(yè)建筑中經(jīng)戰(zhàn)略性部署的所有RAU中1,。此過程將進(jìn)一步增強(qiáng)信號的抗干擾性,。

　　RAU將數(shù)字光纖信號轉(zhuǎn)換回模擬射頻信號，并將其饋送到DAS天花板天線,。RAU通過同軸電纜連接到遠(yuǎn)端吸頂天線，以實(shí)現(xiàn)更大的覆蓋范圍和更長的通信距離,，讓所有用戶都能享受到出色的蜂窩連接體驗(yàn),。圖1顯示了前端和所有RAU之間的光纖布線。

　　RAU是DAS中主要的關(guān)鍵功能,，有助于擴(kuò)展射頻容量,。RAU的主要作用是實(shí)現(xiàn)數(shù)字到射頻和射頻到數(shù)字的轉(zhuǎn)換,。ADI公司提供了集成度高且靈活性強(qiáng)的射頻收發(fā)器解決方案（如ADRV902x系列），為幫助RAU勝任復(fù)雜任務(wù)帶來了基礎(chǔ)集成電路器件,。

　　圖3顯示了典型DAS RAU的高級框圖。表1列出了一些建議的器件功能和產(chǎn)品型號,。圖中為該平臺提供了多個(gè)具體的器件建議，但下文將僅重點(diǎn)關(guān)注射頻收發(fā)器,、ADRV9029和一些附加電源器件,。

　　圖2.BDA/射頻增強(qiáng)器框圖

　　圖3.使用ADRV9029射頻收發(fā)器的典型RAU的框圖

　　高度集成的零中頻采樣模擬收發(fā)器：ADRV9029

　　ADRV9029是一款高集成度的零中頻采樣模擬收發(fā)器，能夠合成和數(shù)字化寬帶信號,。通過編程,，該器件可用于頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）應(yīng)用。該器件能夠提供DAS蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用所需的性能，尤其是RAU,。作為其數(shù)字前端模塊的一部分,，該器件具有數(shù)字預(yù)失真（DPD）自適應(yīng)引擎和削峰（CFR）引擎，這兩個(gè)關(guān)鍵功能使其在競爭對手中脫穎而出,。如果DAS系統(tǒng)的低延遲要求非常嚴(yán)格,，則可以旁路CFR。圖4為ADRV9029的功能框圖,。

　　數(shù)字預(yù)失真功能

　　DPD功能或特性支持無線系統(tǒng)將其功率放大器（PA）驅(qū)動至更接近飽和的狀態(tài)（但不會使功率放大器飽和），從而在保持線性度的同時(shí),，實(shí)現(xiàn)更高效率的功率放大器,。也就是說DPD功能通過擴(kuò)展PA的線性工作區(qū)，使RAU實(shí)現(xiàn)更高的功放效率,，而且仍然滿足發(fā)射信號鏈的鄰道泄漏比（ACLR）要求,。遠(yuǎn)程DAS節(jié)點(diǎn)中的PA還有助于降低其整體功耗。ADRV9029的觀察接收路徑連接到DPD執(zhí)行器和系數(shù)計(jì)算引擎,，以幫助系統(tǒng)的PA高效運(yùn)行。

　　ADRV9029的DPD算法支持高達(dá)200 MHz的載波帶寬,。與使用射頻收發(fā)器和基于FPGA的DPD分立式解決方案相比,，將DPD功能集成到ADRV9029中可顯著節(jié)省系統(tǒng)級成本、空間和功耗,。如特定應(yīng)用有需要,，可以通過GPIO控制完全旁路ADRV9029中的DPD引擎。

　　將DPD應(yīng)用于20 MHz LTE信號基帶數(shù)據(jù)后,，ACLR（即所分配信道上的發(fā)射功率與相鄰無線電信道中泄漏的功率之比）的性能改進(jìn)如圖5所示,。這些功率譜密度圖說明了在應(yīng)用DPD后，由LTE 20 MHz信號的交調(diào)產(chǎn)物引起的帶外非線性如何降低15 dB至20 dB,。

　　削峰模塊

　　由于當(dāng)前無線系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的固有特性,，信號可能會具有很高的峰均功率比（PAPR），這一現(xiàn)象在正交頻分復(fù)用（OFDM）等多載波波形中尤為明顯,，并會導(dǎo)致降低PA的效率,。主要原因是信號的峰值超出了PA的線性工作范圍。削峰（CFR）方案可確保信號所需的范圍在功率放大器的線性范圍內(nèi),，并有助于減輕甚至消除系統(tǒng)中PAPR的影響,。

　　ADRV9029帶有板載CFR引擎，該引擎可幫助降低PAPR,。通過降低PAPR,，RAU的PA可以在更高輸出功率下運(yùn)行，從而提高其在發(fā)射線路中的功率放大器效率。該器件配備了三個(gè)CFR引擎,。簡而言之,，這個(gè)精密受控的單片平臺提供了一個(gè)由CFR模塊預(yù)輔助的DPD引擎。正是這種芯片上信號處理的組合,，使得ADRV9029在在保持PA線性度方面占據(jù)了競爭優(yōu)勢,。

　　ADRV9029利用了一種基于脈沖消除技術(shù)的變體來實(shí)現(xiàn)CFR。該方法通過從檢測到的峰值中減去預(yù)先計(jì)算的脈沖,，使信號保持在功率放大器的線性范圍內(nèi),。因此，這需要為每個(gè)載波組合生成并加載脈沖,。由于上述和其他因素讓CFR模塊產(chǎn)生了額外的延遲。在大多數(shù)情況下,，DAS系統(tǒng)具有嚴(yán)格的延遲要求,。在此類情況中，可以簡單地旁路CFR功能,。ADRV9026是不帶DPD和CFR的產(chǎn)品系列的成員,。

　　電源

　　努力實(shí)現(xiàn)盡可能高的誤差矢量幅度（EVM）和鄰道泄漏比（ACLR）等靜態(tài)發(fā)射器性能指標(biāo)后，如果忽視RAU的系統(tǒng)電源設(shè)計(jì),，可能會導(dǎo)致與射頻設(shè)計(jì)和仿真工作相關(guān)的所有優(yōu)異成果均付諸東流,。在工作期間，ADRV9029的電源電流可能會有很大變化,，尤其是在TDD模式下工作時(shí),。如果不對電源噪聲加以控制，則甚至?xí)孞ESD204B/JESD204C鏈路性能受到影響,。

　　ADI公司開發(fā)了有關(guān)開關(guān)模式電源和封裝的創(chuàng)新技術(shù),，以支持其所有射頻收發(fā)器和其他5G RF SoC器件，例如ADRV9029,。Silent Switcher? 3系列IC具有超低頻輸出噪聲,、快速瞬態(tài)響應(yīng)、低EMI輻射和高效率等特性,。我們推薦在RAU中使用LT8642S,、LT8625S和LT8627SP，如圖3中的框圖所示,。

　　在大多數(shù)情況下,，ADI第三代Silent Switcher器件無需LDO，即使在鎖相環(huán)和LNA設(shè)計(jì)等對電源噪聲非常敏感的應(yīng)用中也是如此,。當(dāng)需要LDO時(shí),，推薦使用ADM7172和LT1761。為了避免不必要的上電電流，ADRV9029需要遵循特定的上電序列,。此時(shí)建議采用ADM1166作為解決方案,。

　　圖4.ADRV9029功能框圖

　　圖5.功率譜密度，顯示了對20 MHz LTE信號應(yīng)用DPD后ACLR的改善

　　DAS有助于實(shí)現(xiàn)高效的射頻覆蓋范圍和容量,，改進(jìn)無縫連接性能，從而滿足當(dāng)今對可靠語音和數(shù)據(jù)的高需求,。本文討論了BDA（也稱為無源DAS）或全有源DAS解決方案如何改善建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的蜂窩信號,，以確保整個(gè)設(shè)施內(nèi)的所有人員均享有穩(wěn)健可靠的無線連接體驗(yàn),。RAU是全有源DAS通信解決方案不可或缺的組成部分,，就像ADRV9029對于DAS節(jié)點(diǎn)一樣。ADI公司提供參考設(shè)計(jì),、用戶指南,、固件庫和其他設(shè)計(jì)資料,，為工程師的設(shè)計(jì)工作提供多方位支持,。

　　參考資料

　　1“設(shè)計(jì)分布式天線系統(tǒng)（DAS）”。Advantage Business Media,，2016年,。

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