数字Airfast参考设计:优化的户外中功率O-RAN射频单元和小型基站天线解决方案
概述
数字Airfast参考设计是一款一体化的主动数字天线,专为户外中功率O-RAN射频单元和小型基站天线而设计。该解决方案包括NXP提供的高性能数字和射频前端、Metanoia Communications提供的先进射频收发器以及Argo提供的超薄定向天线。该设计针对n78频段的应用进行了优化,可用于户外私有网络和移动网络运营商(MNO)的部署扩展,同时具有支持其他射频频段的灵活性,所有这些都采用了通用的PCB布局。
优势
缩短上市时间:完整的硬件和固件参考设计缩短了客户解决方案的上市时间,最小化了客户在设计户外小型基站或O-RAN射频单元时的工程努力。
尺寸、重量和功耗(SWaP)的减少:数字Airfast参考设计使用安装在天线背面的功率放大器(PA),采用顶部冷却,减少了信号功率泄漏,从而节省了功耗并减少了散热要求。集成的PA解决方案具有小型天线外形和紧凑的散热片,从而减少了SWaP。
降低成本:集成解决方案减少了模块数量,消除了对射频屏蔽要求和PCB中的散热铜块的需求。这简化了射频架构,消除了模块之间的腔体滤波器和连接器的需要。
详细介绍
数字处理组件:实现低PHY层的快速傅里叶变换(FFT)、上下变换、峰值因子降低(CFR)、数字预失真(DPD)和模数转换。
模拟组件:包括零中频收发器、带GaN功率放大器的模拟前端。
天线设计:印刷定向多层天线阵列。
固件组件:整合这些组件到参考设计中,可以减少风险、缩短上市时间,并使客户能够专注于差异化功能。
该解决方案设计为紧凑优化的PCB,集成了从SerDes数字接口到射频天线的所有模拟和数字组件。这种集成程度减轻了客户的设计负担,使三家公司能够共同优化解决方案。
PCB印刷天线:减少了解决方案的尺寸、重量和功耗,同时简化了制造复杂性。天线阵列作为单片多层PCB实现,不仅减少了体积,还可以在普通的PCB工厂中制造,避免了定制制造工艺。主动组件可以安装在天线背面,使射频架构更为简化。这种方法避免了昂贵且有损耗的连接器,降低了功耗和成本。
该解决方案设计为数字4x4 MIMO主动天线子系统,通过工业标准的PCIe SerDes接口连接低PHY层DSP子系统。这个子系统可以连接到高PHY/堆栈主机,实现集成的小型基站,或连接到eCPRI终端组件,构建O-RAN射频单元。此外,支持更高的天线数量(如8R8T、16R16T等),以实现大规模MIMO的可扩展性。
关键规格
优化的尺寸、重量和功耗(SWaP)
激进的直流功率,最大<100 W
PCB级别集成——无需外部腔体滤波器,集成印刷天线
应用优化:初始目标CBRS(3.55-3.7 GHz),计划扩展到其他频段,具有通用外形
针对n78频段的部署(初始)
4T4R,每个天线馈电小于10 W
射频收发器
模拟和射频子系统负责将调制解调器的数字I/Q样本转换为可通过空中传输的模拟信号,反之亦然。这包括基带到射频的上下变换、数字和模拟滤波以及信号预失真功能(数字前端)和功率放大(发送)及低噪声放大(接收)。
Metanoia的RFIC(MT3812)是一个三频段2x2 MIMO收发器子系统,具有控制收发器和接口的数字核心。MT3812使用直接转换架构(零中频架构),消除了昂贵的中频被动滤波器,降低了总体收发器的成本和尺寸。
结论
数字Airfast参考设计是一种高度创新的射频设计方法,简化了射频单元设计和制造的机械和设计复杂性。NXP与其合作伙伴Metanoia Communications和Argo半导体结合基带处理、收发器、射频前端和天线设计组件,构建了一个样本到天线的系统。通过这个平台,可以实现不同天线数量、频段和其他特性的定制。