毫米波发射机波束赋形架构中的性能、功耗与面积设计权衡
信号处理
2019-05-20 v2
摘要
毫米波（mmW）通信因可用频谱广阔能提升峰值速率与容量，而成为 5G 蜂窝网络的关键赋能技术。由于毫米波频段传播损耗增大，需要满足链路预算的大规模天线阵列收发机，但其功耗与成本成为商用系统的限制因素。基于数字与模拟混合阵列架构、以及通过移相器进行射频（RF）信号处理的无线电设计，已成为提升能效并达到接近数字阵列性能的潜在方案。本文概述了最先进的毫米波大规模天线阵列设计，并比较了三种架构：数字阵列、子阵列与全连接混合阵列。针对三种代表性 5G 用例（覆盖一系列预波束赋形 SNR 与复用机制），对这三种架构的性能、功耗与面积进行了比较。这是首项对所有设计方面与准则（包括：1）最优线性预编码器；2）DAC 与移相器中量化误差的影响；3）RF 信号分配网络；4）基于最先进毫米波电路（含基带预编码、数字信号分配、DAC、振荡器与混频器、移相器、RF 信号分配和功率放大器）的功耗与面积估计）进行建模与综合分析的研究。结果表明，相较于各架构的最优设计，数字阵列的功耗与面积效率最高。分析显示数字阵列从多用户复用中获益显著。分析还揭示子阵列受限于阵列划分导致的波束赋形增益下降，而全连接混合架构的系统瓶颈是功耗过高的 RF 信号分配网络。
引用
@article{arxiv.1807.07201,
title = {Performance, Power, and Area Design Trade-offs in Millimeter-Wave Transmitter Beamforming Architectures},
author = {Han Yan and Sridhar Ramesh and Timothy Gallagher and Curtis Ling and Danijela Cabric},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.07201},
year = {2019}
}
备注
19 pages, 13 figures; Accepted for publication in IEEE Circuits and System Magazine