基于 SystemVue 的 5G 相控天线阵和波束赋形系统设计与评估方案(1)

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1、基于SystemVue的5G相控天线阵吴佳芮和波束赋形系统设计与评估方案KeysightEEsofEDAAEMay10,2017吴佳芮18501758123jiarui.wu@Keysight.com袁徐亮18018678567xuliang_yuan@keysight.com售后支持:80081001894004100189eesof-asia_support@Keysight.com应用视频：http://v.youku.com/v_show/id_XNzU1MDAwOTYw.html?f=22614819&from=y1.7-3软件应用技巧：http://www.keysight.c

2、om/find/ads_tips将概念转变为经验证的正确设计加快设计成熟度尽早用于生产制造验证后的设计概念生产制造综合分析测量虚拟物理“EDA软件域”“测量域”硬件原型相控阵系统设计第2页KeysightEEsofEDA不断创造先锋技术、加速通信成品的开发设计生产/测试网络分析仪信号源EEsofEDA软件通信产品SystemVueGoldenGateADS数字信号分析仪示波器系统芯片组件电路板验证相控阵系统设计第3页内容安排–相控阵系统设计面临的挑战–相控阵系统设计分析–相控阵单元电路设计–总结相控阵系统设计第4页相控阵系统发展的市场驱动力–目标：在较小的体积、重量和功耗条件下，以最低的资

3、产和运行费用提供更高的服务水平雷达/电子战科研5G移动通信卫星通信为什么使用波束成形技术?为什么是现在？•降低干扰•半导体技术发展•增加距离•服务的需要•多用户，动态环境•毫米波频段波长更短•提高安全性相控阵系统设计第5页相控阵系统的实现：射频/模拟波束成形在射频进行波束成形(幅度/相位控制)基…•单路基带信号D/AX带•只适合于单流(相比MIMO)处理•低功耗，系统复杂性射频预编码:F…•对于毫米波电路，只需要一个上下变频电路RF•接收电路信号处理增益(提高SNR)射频信号合成:W•模拟移相电路NRFS•幅度恒定限制•移相分辨率A/DX…相控阵系统设计第6页相控阵系统的实现：数字波束成形

4、D/AXSW/在基带进行波束成形(幅度/相位控制)DPX基预编码A/DX带FBB信???•每个通道使用ADC/DAC1112⋯1?D/A号?21?22?2?XSW/•硬件复杂性⋮⋱⋮DPX??1??2⋯???A/DX•功耗(直流，发热)……•“N”个独立的射频上下变频通道信号合成射频链路•更高的波束成形增益NSWBB?11?12?1?•支持多流多用户⋯?21?22?2?⋮⋱⋮•灵活的传输模式??⋯?D/AX?1?2??SW/DPXA/DX相控阵系统设计第7页相控阵系统的实现：混合波束成形+在基带进行幅度控制(MIMO/Tapers)基带D/AX…+在射频进行相位控制(每个波束方向)信号预编

5、码在射频进行多波束相加(每个天线)FBB……•降低硬件复杂性?11?12⋯?1?射频链路F???RF21222?⋮⋱⋮•性能接近DBF架构N??1??2⋯???S•5G应用MIMO编码D/AX…+相控阵系统设计第8页相控阵系统设计的挑战：多域设计–“有多少工程师是为相控阵子系统设计服务的?”场景测试算法设计射频系统架构设计天线/天线阵设计TX/RX位置多功能链路预算三维建模及配置速度干扰置零元件指标，波动三维方向图高度(旋转)扫描、跟踪非线性阵元排列降低旁瓣频率响应系统级性能误差修正，自校准增益/相位状态射频模块/ASIC实现噪声及SFDR有源/非线性性能BER/EVM、吞吐率ADC/DA

6、C量化FPGA/DSP/ASIC负载、耦合、鬼影检测概率实现DC/PAE效率，发热波束成形架构射频波束成形数字波束成形混合波束成形•多少种不同的工具?•多少种不同的数据格式?•在什么时候能将这些设计集成起来?•如何在不同的设计域中快速发现/跟踪问题?相控阵系统设计第9页相控阵系统架构设计流程–Acommon“cockpit”acrossmultipledisciplines:BB,RF,System,Application,T&MRadarApplication/ScenarioLayer5G/CommsMultipleWLANInertial(Dataflow)Mod,CodingTXR

7、XSatelliteWPAN3rdPartyposition,ControlNewSpacevelocity,environmentsattitudeSystem/PHYLayerT&MConnect(Dataflow)totestLOINOUTAmplifierMulti-ChannelRF_LINKLOINOUTLOAmplifierM1{Mixer@DataFlowModels}A2{Amplifier@DataF