【摘 要】
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近年来,随着第五代移动通信（5G）技术的迅速发展,毫米波因其具备大带宽、低时延和高容量等特性而越来越受到关注。目前,5G毫米波大规模MIMO收发系统大多采用了混合多波束的方式,存在频谱利用率低、覆盖范围窄,波束管理复杂等难以克服的局限,而对称全数字方式存在复杂度高、成本高、功耗大等问题。最近东南大学毫米波国家重点实验室提出了非对称的毫米波大规模MIMO系统,预期能够兼得混合多波束和全数字的优点。非
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近年来,随着第五代移动通信（5G）技术的迅速发展,毫米波因其具备大带宽、低时延和高容量等特性而越来越受到关注。目前,5G毫米波大规模MIMO收发系统大多采用了混合多波束的方式,存在频谱利用率低、覆盖范围窄,波束管理复杂等难以克服的局限,而对称全数字方式存在复杂度高、成本高、功耗大等问题。最近东南大学毫米波国家重点实验室提出了非对称的毫米波大规模MIMO系统,预期能够兼得混合多波束和全数字的优点。非对称架构的思路是指发射端的全数字通道数量较多,而接收端的全数字通道数量较少,并且采用收发分离的方式。数量较多的全数字发射端,能够充分利用全口径,获得更高的功率效率;数量较少的全数字接收端,能够显著降低系统的复杂度、功耗、成本。全数字方式能够实现大范围的覆盖。发射机和接收机的天线阵列是分离的,在毫米波波段可以实现良好的隔离度,而且可以去掉天线射频开关,从而降低噪声系数和提高功率效率。依据非对称的思路,本文利用高集成度的芯片设计了八通道的毫米波发射前端和四通道的毫米波接收前端,这些射频前端,包括了完整的上下变频电路、本振模块,可支持全数字的工作方式。八通道的发射模块,能够方便实现8*8的大规模平面阵列;四通道的接收模块,能够减小的体积,降低的成本和功耗,且具有较高的频谱利用率。本文研究的非对称毫米波收发前端工作在26GHz,信号带宽为400MHz。为了抑制镜像信号干扰,将中频频段选在3-4GHz。根据所选的中频频段,本文研制了性能优良的射频本振电路:-83.038dBc/Hz@100Hz,-100.02dBc/Hz@1kHz,-104.57dBc/Hz@10kHz,-107.18dBc/Hz@100kHz,带内积分相噪为-51.3dBc,测试结果表明本振电路性能良好。论文完成了对多通道毫米波收发前端的PCB设计。测试结果表明,单通道毫米波发射前端的发射功率约为3dBm,增益平坦度小于1dB,对400MHz 5G NR信号的EVM恶化约为3%,ACPR小于-35dBc,符合3GPP TS38.141的规范;单通道毫米波接收前端的噪声系数约为8dB,增益平坦度小于1.5dB,对400MHz 5GNR信号的EVM恶化约为2%,也符合3GPPTS38.141的规范。
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