Xilinx, TI e Skyworks affrontano i problemi di efficienza della PA nelle radio a piccole cellule 5G

19 ore fa p Adrian Gibbons Oggi, Xilinx ha annunciato la sua collaborazione con Texas Instruments e Skyworks per affrontare i problemi dell'efficienza dell'amplificatore di potenza (PA) nelle soluzioni radio 5G. In questo sforzo, le tre società prevedono di sviluppare un front-end digitale (DFE) scalabile e adattabile per radio con numero di antenne inferiore (nominalmente, 2T / 2R e 4T / 4R). Prima di approfondire le implicazioni di questa collaborazione, è innanzitutto importante discutere la progettazione e le sfide del mercato delle piccole celle LTE e 5G.
Un fattore in competizione per gli operatori radio a basso canale è il costo. Le spese in conto capitale o "CAPEX" e le spese operative, "OPEX", possono fare la differenza tra la redditività aziendale o l'essere esclusi dal mercato. La chiave per ridurre il CAPEX e l'OPEX di tali sistemi, afferma Xilinx, è l'efficienza del design, in particolare l'efficienza degli amplificatori di potenza.
Secondo Liam Madden, vicepresidente esecutivo e direttore generale di Wired and Wireless Group di Xilinx, l'efficienza e le prestazioni dell'amplificatore di potenza RF sono fondamentali per il successo delle piattaforme radio. "Anche per le applicazioni small cell a bassa potenza, il PA consuma oltre il 50% della potenza di una tipica radio di nuova generazione ed è, quindi, la chiave per guidare l'OPEX e il CAPEX." Ma i progettisti di soluzioni radio RF devono affrontare un problema di efficienza: più efficiente è uno schema di modulazione, meno efficiente sarà un amplificatore di potenza.
L'avvento di schemi di modulazione più avanzati come la modulazione di ampiezza in quadratura in 5G (QAM-256) ha notevolmente aumentato l'efficienza spettrale di un canale RF in termini di bit / MHz. Questa efficienza di conseguenza diminuisce l'efficienza allo stadio dell'amplificatore di potenza a causa degli scarsi rapporti picco-potenza media (PAPR). In altre parole, l'efficienza nello stadio dell'amplificatore di potenza (PA) viene persa a causa dei picchi in eccesso inerenti agli schemi di modulazione più avanzati.
Le PA devono ridurre il punto di funzionamento massimo e rimanere intorno a una regione quasi lineare inferiore al fine di produrre forme d'onda coerenti in uscita. PAPR elevato significa che la regione lineare deve essere vincolata per evitare il clipping delle ampiezze di picco elevato dei segnali OFDMA (accesso multiplo a divisione di frequenza ortogonale). Ciò si traduce in una dissipazione di potenza notevolmente maggiore nell'amplificatore di potenza.
In questa collaborazione tra Xilinx, TI e Skyworks, vengono combinate due tecniche per mitigare l'elevato PAPR nei sistemi 5G: riduzione del fattore di cresta (CFR) e pre-distorsione digitale (DPD). Insieme, queste due tecniche algoritmiche migliorano il punto di lavoro per lo stadio dell'amplificatore di potenza. Gli algoritmi di pre-distorsione digitale contrastano le non linearità intrinseche nell'amplificatore di potenza mescolando componenti adattivi anti-fase al segnale RF prima dell'amplificazione.
Il risultato è una rappresentazione per lo più lineare del segnale RF, che migliora l'efficienza PA e adiacente. rapporti di perdita del canale (ACLR). Xilinx afferma che i suoi core IP RF digitali per CFR e DPD su Zynq UltraScale + MPSoC sono le uniche soluzioni di mercato a supportare funzionalità per larghezze di banda ampie e configurazioni radio variabili. Se combinato con il ricetrasmettitore a banda larga AFE7769 di Texas Instruments e lo SKY66318-21 PA di Skyworks, l'MPSoC offre una soluzione efficiente dal punto di vista energetico per le radio a basso canale.
In una conversazione con Anthony Collins, Principal Systems Architect RF di Xilinx, All About Circuits ha discusso i vantaggi di Zynq UltraScale + MPSoC in questa collaborazione, considerando che questo dispositivo esiste ormai da diversi anni. Collins spiega: “Puoi scegliere uno dei trenta diversi tipi di MPSoC da collegare a un RFIC per queste radio a basso canale. .
. e questo offre loro molta più flessibilità in quella parte del mercato. " Karthik Vasanth, VP e Business Unit Manager dei convertitori di dati di TI, sottolinea il ruolo del ricetrasmettitore a banda larga AFE7769 di TI in questo progetto: "La linearità PA per l'efficienza spettrale e l'erogazione di potenza RF è la chiave per ottenere i vantaggi prestazionali dei nuovi sistemi radio 5G.
" Continua: "I ricetrasmettitori a banda larga come AFE7769 aiutano ad affrontare non linearità PA di ordine superiore e consentono un'erogazione di potenza più efficiente". "Con questa implementazione, i progettisti possono soddisfare le esigenze del mercato di maggiore larghezza di banda istantanea e numero di antenne per supportare applicazioni MIMO (multiple-input, multiple-output) offrendo allo stesso tempo scalabilità per soddisfare gli obiettivi di costo del sistema". Negli ultimi mesi, la tecnologia FPGA di Xilinx si è diffusa in tutta l'ecosfera 5G, consentendo l'aggregazione di portanti e le applicazioni di condivisione dello spettro di grandi macrocelle in unità radio remote.
L'influenza FPGA di Xilinx si sta estendendo anche alle funzioni con accelerazione hardware nelle unità in banda base. Ora, Xilinx sta soddisfacendo i requisiti degli operatori a basso canale con le famiglie Zynq UltraScale + MPSoC. Texas Instruments e Skyworks portano sul mercato la competenza in RF sotto forma di tecnologia RFIC e PA, fornendo agli operatori la tecnologia per competere in un mercato con requisiti CAPEX e OPEX rigorosi.
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