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『』大规模MIMO和波束成形：5G关键技术背后的信号处理( 三 )


本文不是详尽的预编码/检测技术列表 ， 而是概述了主要的线性方法 。也可以将非线性信号处理技术（例如脏纸（dirty paper）编码和连续干扰消除）应用于此问题 。这些提供最佳容量 ， 但实施起来非常复杂 。上面描述的线性方法通常足以满足大规模MIMO的应用需求 ， 其中天线的数量变大 。预编码/检测技术的选择取决于计算资源 ， 天线数量 ， 用户数量以及系统所处特定环境的多样性 。对于大型天线阵列 ， 天线数量明显大于对于用户数量 ， 最大比例（MR）方法可能就足够了 。
大规模MIMO系统实现面临的实际障碍
当在实际场景中实现大规模MIMO时 ， 还需要考虑更多实际问题 。以在3.5 GHz频带中运行的具有32个发射（Tx）和32个接收（Rx）信道的天线阵列为例 。有64条RF信号链放置在适当的位置 ， 考虑到工作频率 ， 天线之间的间距约为4.2厘米 。将很多硬件打包到一个很小的空间中 。这也意味着要消耗大量功率 ， 这不可避免地带来了温度问题 。ADI公司的集成收发信机为许多此类问题提供了高效的解决方案 。下一节将详细讨论AD9371 。
在本文前面 ， 已经讨论了将互易（逆）性应用到系统中以大幅度减少信道估计和信号处理开销的问题 。图10显示了实际系统中的下行链路信道 。它分为三个部分：无线信道（H） ， 基站的硬件响应发送RF路径（TBS）和用户的硬件响应接收RF路径（RUE） 。上行链路与此相反 ， RBS表征基站接收硬件RF路径 ， 而TUE表征用户发送硬件RF路径 。虽然互易（逆）性假设适用于空中接口 ， 但不适用于硬件路径 。由于走线不匹配 ， RF路径之间的同步性差以及与温度有关的相位漂移 ， RF信号链会导致系统信道估计不准确 。
『』大规模MIMO和波束成形：5G关键技术背后的信号处理
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图10.实际下行链路信道
对RF路径中的所有LO（本地振荡器）PLL使用通用的同步参考时钟 ， 对基带数字JESD204B信号使用同步的系统参考信号（SYSREF） ， 将有助于解决RF路径之间的延迟问题 。但是 ， 在系统启动时 ， RF路径之间仍然存在一些任意的相位失配现象；与温度有关的相位漂移进一步加剧了这个问题 ， 很明显 ， 在初始化系统时需要现场校准 ， 此后定期校准 。校准具有互易（逆）的优势 ， 例如在基站处保持信号处理的复杂性 ， 并且仅保留上行链路的信道特性 。通常可以简化它 ， 以便仅需要考虑基站RF路径（TBS和RBS） 。
有许多方法可以校准这些系统 。一种是使用仔细放置在天线阵列前面的参考天线来校准接收和发射RF通道 。将天线以这种方式放置在阵列的前面是否适合现场的实际基站校准是个问题 。另一个是使用阵列中天线之间现有的互耦作为校准机制 。这可能是可行的 。最直接的方法可能是在基站中的天线之前添加无源耦合路径 。这增加了硬件领域的复杂性 ， 但也提供了强大的校准机制 。为了完全校准系统 ， 从一个指定的校准发射通道发送信号 ， 该信号被所有RF接收路径通过无源耦合连接接收 。然后 ， 每个发射RF路径按顺序发送信号 ， 该信号在每个天线之前在无源耦合点处拾取 ， 然后中继回合成器 ， 然后再中继到指定的校准接收路径 。与温度相关的影响通常变化缓慢 ， 因此与信道表征不同 ， 此校准不必非常频繁地执行 。
ADI公司的收发信机芯片和大规模MIMO
ADI公司的集成收发信机产品系列特别适合需要高密度RF信号链路的应用 。AD9371具有2个发送路径 ， 2个接收路径和一个观察接收机 ， 以及3个小数N分频PLL ， 用于以12 mm×12 mm的封装产生RF LO 。这种无与伦比的集成水平使制造商能够及时且经济高效地创建复杂的系统 。
图11显示了可能具有多个AD9371收发信机的系统实现 。这是一个用16个AD9371收发信机实现的32发送32接收系统 。三个AD9528时钟发生器为系统提供PLL参考时钟和JESD204B SYSREF 。AD9528是一款两级PLL ， 具有14个LVDS / HSTL输出和集成的JESD204B SYSREF发生器 ， 用于多器件同步 。AD9528采用扇出缓冲器配置 ， 其中一个充当主设备 ， 其某些输出用于驱动从设备的时钟输入和SYSREF输入 。如上一节所述 ， 其中包括一种可能的无源校准机制（以绿色和橙色显示） ， 其中专用的发送和接收通道用于通过分离器/合成器校准所有接收和发送信号路径 。


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