数字Airfast参考设计：优化的户外中功率O-RAN射频单元和小型基站天线解决方案

概述

数字Airfast参考设计是一款一体化的主动数字天线，专为户外中功率O-RAN射频单元和小型基站天线而设计。该解决方案包括NXP提供的高性能数字和射频前端、Metanoia Communications提供的先进射频收发器以及Argo提供的超薄定向天线。该设计针对n78频段的应用进行了优化，可用于户外私有网络和移动网络运营商（MNO）的部署扩展，同时具有支持其他射频频段的灵活性，所有这些都采用了通用的PCB布局。

优势

缩短上市时间：完整的硬件和固件参考设计缩短了客户解决方案的上市时间，最小化了客户在设计户外小型基站或O-RAN射频单元时的工程努力。

尺寸、重量和功耗（SWaP）的减少：数字Airfast参考设计使用安装在天线背面的功率放大器（PA），采用顶部冷却，减少了信号功率泄漏，从而节省了功耗并减少了散热要求。集成的PA解决方案具有小型天线外形和紧凑的散热片，从而减少了SWaP。

降低成本：集成解决方案减少了模块数量，消除了对射频屏蔽要求和PCB中的散热铜块的需求。这简化了射频架构，消除了模块之间的腔体滤波器和连接器的需要。

详细介绍

数字处理组件：实现低PHY层的快速傅里叶变换（FFT）、上下变换、峰值因子降低（CFR）、数字预失真（DPD）和模数转换。

模拟组件：包括零中频收发器、带GaN功率放大器的模拟前端。

天线设计：印刷定向多层天线阵列。

固件组件：整合这些组件到参考设计中，可以减少风险、缩短上市时间，并使客户能够专注于差异化功能。

该解决方案设计为紧凑优化的PCB，集成了从SerDes数字接口到射频天线的所有模拟和数字组件。这种集成程度减轻了客户的设计负担，使三家公司能够共同优化解决方案。

PCB印刷天线：减少了解决方案的尺寸、重量和功耗，同时简化了制造复杂性。天线阵列作为单片多层PCB实现，不仅减少了体积，还可以在普通的PCB工厂中制造，避免了定制制造工艺。主动组件可以安装在天线背面，使射频架构更为简化。这种方法避免了昂贵且有损耗的连接器，降低了功耗和成本。

该解决方案设计为数字4x4 MIMO主动天线子系统，通过工业标准的PCIe SerDes接口连接低PHY层DSP子系统。这个子系统可以连接到高PHY/堆栈主机，实现集成的小型基站，或连接到eCPRI终端组件，构建O-RAN射频单元。此外，支持更高的天线数量（如8R8T、16R16T等），以实现大规模MIMO的可扩展性。

关键规格

优化的尺寸、重量和功耗（SWaP）

激进的直流功率，最大<100 W

PCB级别集成——无需外部腔体滤波器，集成印刷天线

应用优化：初始目标CBRS（3.55-3.7 GHz），计划扩展到其他频段，具有通用外形

针对n78频段的部署（初始）

4T4R，每个天线馈电小于10 W

射频收发器

模拟和射频子系统负责将调制解调器的数字I/Q样本转换为可通过空中传输的模拟信号，反之亦然。这包括基带到射频的上下变换、数字和模拟滤波以及信号预失真功能（数字前端）和功率放大（发送）及低噪声放大（接收）。

Metanoia的RFIC（MT3812）是一个三频段2x2 MIMO收发器子系统，具有控制收发器和接口的数字核心。MT3812使用直接转换架构（零中频架构），消除了昂贵的中频被动滤波器，降低了总体收发器的成本和尺寸。

结论

数字Airfast参考设计是一种高度创新的射频设计方法，简化了射频单元设计和制造的机械和设计复杂性。NXP与其合作伙伴Metanoia Communications和Argo半导体结合基带处理、收发器、射频前端和天线设计组件，构建了一个样本到天线的系统。通过这个平台，可以实现不同天线数量、频段和其他特性的定制。