就通信理论而言,多入多出(MIMO)指的是在发射端和接收端采用多重天线的无线链接技术。MIMO利用空间复用技术、采用多重天线、通过同一条频率通道发送多个数据流。在目前的无线局域网(WLAN)系统中运用MIMO技术,通过使用双发射天线,能将IEEE 802.11a或802.11G的数据率提高到108Mbps；而双发射器/双接收器系统正由IEEE 802.11n进行标准化。
不过,要真正享受到MIMO技术带来的好处,还面临着一些挑战。其中一项主要挑战,便是在实现传统单入单出(SISO)系统所要求的更好线性度和更高效率的同时,维持每个独立发射器的振幅与相位精度的匹配。而对MIMO WLAN供应商而言,提供具有精确的幅度与相位以及较高性价比的解决方案非常重要。
为了上述目标,设计师在选择诸如功放这样的关键器件时,要权衡性能和成本。在性能方面,除了SISO系统所要求的增益、线性度、稳定性裕度、输入/输出匹配容差和热稳定性等传统因素外,设计师还必须非常留意影响发射臂平衡、振幅和相位控制精度的那些特性。而从成本出发,最低的材料精单成本(BOM)一直是人们追求的目标。右文是一些应该遵循的决窍。
图:在单个封装中采用两个功率放大器,可降低成本并减少外围元件数量
应该
1.选择一款经由厂家匹配过振幅与相位特性的功率放大器。由于不同批次、不同晶圆甚至同一晶圆内可能存在工艺变异,分开封装的功率放大器之间会出现不匹配的状况。
2.使用具有较佳线性度(约20dBm,且矢量误差(EVM)<3%)及较高线性鲁棒性(其线性度在全向载荷条件下的电压驻波比保持在2:1以下)的功率放大器。
3.考虑选用片上功率检测器。为实现总体占用成本最低,片上功率检测器至关重要,特别是对MIMO发射器来说,其相关外围器件的BOM是SISO发射器的两倍。片上功率检测器应在动态范围、灵敏度、线性度、温度鲁棒性等方面有良好表现,而其中最重要的是负载阻抗的鲁棒性。因发射臂间的耦合将引入额外的负载失匹(mismatch),从而导致对功率检测器更苛刻的要求。所以,负载阻抗鲁棒性具有特别重要的意义。基于同样原因,请选用具有很强负载阻抗鲁棒性的功放。
4.选用紧凑封装的功率放大器。在单一封装(如3mm2)内匹配的一对功率放大器可使方案具有更小的体积,与采用分立功放的设计相比,还节省了50%的板面积和成本。
5.采用数字或准数字开/关控制,其性能在整个工作温度范围内应保持稳定。评估采用数字或准数字控制功放的异同。只要基带信号能支持开/关控制,则在数字和准数字开/关控制方案间的BOM将没有差异。
不应该
1.避免采用低效率功率放大器,因为MIMO系统中功放的实际工作电流将加倍。
2.不应该采用线性度对负载阻抗敏感的功放。因为MIMO系统内发射臂间的耦合对功放施加了最坏的负载条件。
3.如果功放对负载阻抗敏感,避免采用片上功率检测器。否则,天线环境或发射臂间耦合的差异将使功率控制产生明显的误差。在这种情况下,采用独立的高指向性(约20dB)、有方向的耦合来归束各发射臂的信号,并将经过归束的信号导引至肖特基二极管,以在板上形成独立的功率检测器。
4.不要追求发射臂间不必要的高隔离度。天线单元间典型的耦合可高达?C15dB。发射器间?C20dB的隔离度是可以接受的。
5.因失匹容差根据系统而异,所以,切忌使两个发射臂的布局、布线不对称。
作者:Mau-Chung Frank Chang
副董事长兼首席技术顾问
SST Communications公司
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