振荡器随5G的进展而愈显其紧张性

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通常，射频前端范畴中最常被论及的5G方面为大范围多输入多输出（mMIMO）体系的摆设与功效，小型蜂窝基站的毫米波吸收器，功率放大器的功率密度要求（如硅基功率放大器与GaN功率放大器的比力）。然而，5G的要害性能指标还会对射频前端收发链路中的其他部件（尤其振荡器）造成影响，而此中的定时和同步要求催生出对更高精度振荡器的设计和制造需求。

传统4G技能相比，带内与带间载波聚合（CA）、MIMO、下行链路多点协作（CoMP）传输与吸收、上行链路CoMP等协作式无线电技能具有更高的同步要求，一定对包罗长途无线电单位（RRU）的空中接口以及各节点的光纤、互换机、路由器引入的偏差在内的整个同步链路加以思量。时分双工（TDD）5G网络的端到端（E2E）耽误要求为1.5μs。然而，这仅仅是最为根本的耽误要求，其必将随着协作式无线电技能的进展而日趋严厉。近来推出的加强型通用大众无线接口（eCPRI）协议对此做出了划定，从而正式宣告高稳健性器件源对5G网络有用性的紧张水平越来越高这一究竟。

5G前传/中传/回传：CPRI的限定

上一代蜂窝基站由基带单位（BBU）和经同轴电缆与天线毗连的长途无线电头端（RRH）组成。此中，长途无线电头端用于处置惩罚数字信号与射频信号之间的转换，而基带单位作为基站与焦点网络之间的物理接口，负担大部门处置惩罚使命。

LTE基站（eNodeB）通过一体式天线以及经利用CPRI信号的光纤毗连至基带单位的长途无线电头端对此举行了革新，办理了射频线缆的消耗和滋扰题目。相应地，新的3GPP无线电架构由会合单位（CU），漫衍单位（DU）及长途无线电单位组成，此中，4G基带单位的功效被拆分至漫衍单位和会合单位。该网络架构（见图1）包罗用于处置惩罚容量和耽误并告竣5G要求的前传、中传和回传底子架构。5G前传架构与4G雷同，区别在于，4G基带单位与长途无线电头端之间设置CPRI接口，而5G前传架构在漫衍单位与长途无线电单位之间设置eCPRI接口。然而，eCPRI协议并不但限于前传架构，也可用于会合单位与漫衍单位之间。

布网方案：CPRI与eCPRI的比力

CPRI协议为一种尺度的数字化款式，重要用于经光纤传输点对点数据，以实现无线电设置装备摆设（RE）与无线电设置装备摆设操纵器（REC）之间的分散。在4G eNodeB结构中，CPRI协议用于实现基带单位（即无线电设置装备摆设操纵器）与长途无线电单位（即无线电设置装备摆设）之间的分散，尔后者常与天线集成于一路。然而，CPRI无法精良地相沿至功效拆分（详细而言，物理层内功效拆分）后的基站。对付5G而言，物理层内功效拆分必不行少，这是由于其可实现载波聚合、网络MIMO、下行链路CoMP、上行链路CoMP等高数据速率功效。eCPRI协议推出的缘故原由正在于此，其目的在于“通过机动的功效拆分，低落eREC和eRE之间的数据速率要求”。

图2所示为ITU-T GSTR-TN5G中给出的种种5G架构的功效拆分方法，以及eCPRI中划定的物理层内下行链路拆分（ID，IID）与上行链路拆分（IU）方法1。普通情形下，eRE对应于长途无线电单位，而eREC含有会合单位功效和漫衍单位功效。

eCPRI耽误与同步

上述“机动的功效拆分”通过在基于分组的传输网络层上方设置基于IP或基于以太网的eCPRI协议层的方法实现。在多台无线电设置装备摆设的处置惩罚方面，新的eCPRI协议具有新的定时要求——CPRI办事质量要求来回链路的总耽误最大不得凌驾5μs（R-26）；因为eCPRI具有不合错误称性，是以其在这一要求上许可更大的变更范畴。eCPRI尺度将营业分为种种级别，此中，超低耽误性能所要求的最大单向帧耽误可达25μs（见表1）。单向帧耽误必定同时含有收支种种用户网络接口（UNI）时的光纤流传耽误以及传输网络的互换耽误（见图3）。因为以太网假造毗连可同时含有多个用户网络接口2，是以使得本已蒙受严厉eRE空中接口要求的传输网络互换机和路由器进一步蒙受更为严苛的耽误要求。因为eRE必要当地天生空中传输频率，是以eRE或长途无线电单位的同步和定时要求较为严厉，而eREC或会合单位/漫衍单位在此方面的要求普通无须云云严厉。

对付eCPRI定时精度，现在有肯定和相对两种时间偏差。肯定时间偏差（|TE|肯定）为主参考时钟（PRTC）与当地时钟之间的时间差（见图4）。相对时间偏差（|TE|相对）为当地集群用户网络接口之间的时间差（可低至20ns，足以餍足时间对齐偏差（TAE）要求）或3GPP所要求的放射机天线端口间时间偏差（见表2）2。基于以太网或基于IP的传输网络同步可通过同步以太网（SyncE）或准确时间协议（PTP）等多种尺度协议实现，只要餍足用户网络接口之间的定时精度要求即可。

网络同步链路

依据无线网络所采纳的架构，基于分组的时间和相位同步要领（即NTP、PTP及SyncE尺度）通常利用PRTC、分组主时钟及分组从时钟三种时间同步主时钟。同步链路用于使高稳健性的主时钟与线路卑鄙各从时钟同步，这些时钟在ITU界说的PTP电信设置装备摆设文件中重新定名为PRTC、电信根时钟（T-GM）、电信界限时钟（T-BC）、电信透传时钟（T-TC）及电信时间从时钟（T-TSC）。对定时的支持普通由中心节点（如互换机和路由器）处的T-BC实现。如表2所示，T-TSC既可集成至终端应用（如eRE或长途无线电单位）中，也可设于外部，以如图5所示，经同步漫衍接口（如1PPS或ToD）向终端应用提供相位/时间参考。当PTP终端处于用户网络接口内时，大概当T-TSC与终端应用时钟相互独马上，定时要求将会越发严厉。为了餍足5G时分双工所要求的1.5μs端到端耽误，C类用户网络接口的最大时间偏差与参考点C或D的最大时间偏差雷同。当统一漫衍单位毗连多个长途无线电单位时，假如集群内存在最大相对时间偏差要求，则协作式无线电技能的定时要求也相应变高。

对振荡器的影响

在ITU-T G.8271.1/Y.1366.1陈诉中3，参考点C（见图4）以内的网络限定涉及PRTC、T-GM、T-BC或T-TC孕育发生的恒定和动态两种噪声。所孕育发生的噪声表现为时间偏差，此中，恒定时间偏差（cTE）由链路自己孕育发生，而动态时间偏差（dTE）归因于链路的低频和高频噪声重量。此中，低频dTE重量界说为低于0.1Hz的重量，可通过最大时间隔断偏差（MTIE）和时间毛病丈量；而高频dTE重量界说为高于0.1Hz的重量，可通过峰间时间偏差丈量。

主从同步链路依靠于PRTC、协议自己的定时方法以及连结（Holdover）时钟，后者旨在当T-BC丢失其输入相位和时间参考时连结相位/时间信息。连结时钟既可由稳健的内部当地振荡器（LO）构成，也可担当可对主参考时钟举行跟踪的信号的帮助。网络内的时钟信号会随时间的流逝而孕育发生漂移或渺小差别，其缘故原由分为表里两种：内部缘故原由在于白频率和闪耀频率的调制；外部缘故原由在于老化、电源颠簸、温度、振动/打击、切换至连结时钟模式时的频率漂移导致的随机游动频率调制。对付ITU-T G.8273.2中的各种T-TSC和T-BC而言，要想确保餍足总体时间对齐偏差要求，则一定餍足连结要求。

当地集群振荡器的限定

对付长途无线电单位的当地集群而言，可否餍足参考点C（见图4）以外的相位噪声要求和最大时间隔断偏差要求也是可否连结精确时序的綦重要一环。种种5G无线电技能均依靠于稳健的低噪射频源，这些射频源分别对集群有着奇特且严厉的相位噪声要求。以下将对部门此类无线电技能及其对振荡器的影响举行探究，并将其汇总于表3。

MIMO体系——众所周知，相位噪声会对信道状态信息（CSI）（即从放射机至吸收机的信号流传路径信息，包罗散射、衰落及功率衰减参数）孕育发生负面影响，并导致多用户（MU）MIMO体系的信道老化。信道状态信息对付有赖于通过线性预编码器低落多用户滋扰影响的体系尤为紧张。当信道状态信息的盘算效果与现实传输路径之间具有任何差别（如信道老化方面的差别）时，均会对体系性能孕育发生倒霉影响。相位噪声可导致基站振荡器与用户设置装备摆设振荡器之间孕育发生随时间而变的随机相位差，从而导致传输数据标记产生无法猜测的扭转。这无疑会对将来具有同步或异步频率天生功效且有大概利用低本钱当地振荡器的mMIMO设置装备摆设孕育发生影响。

高阶QAM体系——与单载波调制方案相比，正交频分复用（OFDM）方案在可以或许实现雷同数据速率和带宽的同时，对恶劣信道条件具有更大的抗击本领。通常情形下，OFDM体系对每一子载波均举行高阶正交幅度调制（QAM）。为了进步带宽服从，下一代蜂窝设置装备摆设将会不停地扩大其所利用的标记集。云云，将使得星座图尺寸增大，并相应使得决议计划点对前向路径的相位噪声等瑕疵（常表现为星座点位置的轻细偏移）所孕育发生的影响更为敏感。终极，较差的当地振荡器相位噪声性能会减弱其在信号误码率（BER）方面的体现。

5G毫米波体系——因为分组定时这一特性，依靠非视距或视距微波回传的小型蜂窝基站的同步题目尤为棘手。当利用毫米波信号时，要想实现特定地区的充实笼罩，必要设置更多的小型蜂窝基站，从而使上述题目落井下石。别的，随着回传所用的中心节点越来越多，云云还会使得耽误和同步要求变得更为严苛。别的，相位噪声普通随载波频率的增大而增大。比方，倍频操纵会导致相位噪声增大，而晶体的频率越高，Q值越低。云云，使得本已庞大难明的5G耽误和同步需求进一步难上加难。

结言

对付5G设置装备摆设而言，为了实现可靠的耽误和同步性能，传输网络和空中接口一定到达协同同步，从而使得网络定时和噪声源成为重要考量身分。此中，因为定时链路中的射频源会因内涵和外在缘故原由产生漂移和发抖，是以尤其必要慎重思量。除了耽误之外，相位噪声也大概对无线设置装备摆设的误码率孕育发生直接影响，并低落其可靠性。对付5G空中接口和前传/中传/回传架构的性能而言，利用高性价比且针对温度和振动具有高稳健性的器件是重中之重。在某些情形下，为了得到稳健的相位噪声，大概必要利用锁相环，但是与此同时必要在本钱和庞大度方面支付相应的价钱。对付贸易上可行的毫米波通讯而言，怎样得到稳健的振荡器和频率合成器成为其在餍足5G需求方面必要降服的分外困难。

参考文献

1. “Transport Network Support of IMT-2020/5G,” International Telecommunications Union, February 9, 2018, Web: http://www.itu.int/dms_pub/itu-t/opb/tut/T-TUT-HOME-2018-PDF-E.pdf.

2. “Common Public Radio Interface: Requirements for the eCPRI Transport

Network – V1.2,” June 25, 2018, Web: http://www.cpri.info/downloads/Requirements_for_the_eCPRI_Transport_

Network_V1_2_2018_06_25.pdf.

3. ITU-T G.8271, “Network Limits for Time Synchronization in Packet Networks,” International Telecommunications Union, October 2017.