Alison Smith är marknadsförande produktingenjör för blandsignalprodukter.

Med den nyligen introducerade MIMO-tekniken (Multiple Input Multiple Output) utnyttjas den flervägsbaserade fördröjningen för att öka transmissionssystemets räckvidd och bandbredd. Snabba AD-omvandlare är en integrerad del i flerantennsystemet och kan hjälpa till att förenkla mottagarna genom att de ger möjlighet till undersampling av mellanfrekvensen vilket gör det möjligt att ta bort blandarsteget mellan antennen och den digitala delen.

MIMO-systemet utnyttjar flera antenner för att samtidigt överföra dataströmmar till mottagaren på rumsligt separerade kanaler, så att de flervägsbaserade signalerna bär oberoende användarinformation i flera dimensioner på samma frekvens och i samma bandbredd. Systemet ökar proportionerligt hastigheten för dataöverföringen med en faktor motsvarande antalet sändande antenner. Dessutom, eftersom all data sänds både i samma frekvensband och med separata spatialsignaturer, utnyttjas spektrum på ett effektivare sätt.
Flera mottagare är anslutna till ett bearbetningsblock för att återvinna överförda dataströmmar från varje antenn. RF-signalerna från antennerna blandas ned och samplas samtidigt av flera AD-omvandlare. På grund av antalet vägar för sändning och mottagning blir låg effektförbrukning av större vikt vid systemimplementeringen.

Ett antal olika MIMO-algoritmer är under utveckling med sändningstekniker som inkluderar lobstyrning, rums-tids-kodning och spatial multiplexing. En algoritm kan användas för att styra sändarnas antennlober så att de riktas mot mottagaren vilket ger ökad förstärkning. Addition av underbärvågor (sub-carriers) kan användas för att kombinera varje frekvenskomponent för sig för att väsentligen öka signalstyrkan för högre datahastigheter.

MIMO kan användas med vilken modulationsteknik som helst, men ger den enklaste implementeringen i kombination med OFDM. I OFDM är bäraren uppdelad i flera ortogonala smalbandiga underbärvågor. Detta transmissionsformat minskar fördröjningsspridningen och kräver därmed en mindre komplicerad utjämnare, med mindre eller inget minne, som endast behöver fas- och amplitudjustera. OFDM har inneboende förmåga att tillse lägre flervägsbaserad distortion liksom bra motstånd mot RF-störningar. Men på grund av det stora antalet underbärvågor är detta flerbärvågsbaserade modulationsförfarande ganska känsligt för fasbrus. Det lokaloscillatorbaserade fasbruset i vardera nedblandningssteget kommer att modulera underbärvågorna. Det är därför önskvärt att minska antalet blandarsteg genom undersampling av den mottagna signalen vid höga mellanfrekvenser. En AD-omvandlare med hög bandbredd vid full effekt och god AC-prestanda krävs.

I trådlösa kommunikationssystem driver kraven på ökad kapacitet ständigt fram nya innovationer för förbättrad hastighet, räckvidd och tillförlitlighet. Förbättringar av en av dessa parametrar innebär ofta kompromisser för en annan. MIMO-OFDM gör det möjligt för oss att förbättra alla tre parametrarna samtidigt. MIMO-OFDM-system kan nå datahastigheter i storleksordningen hundratals Mbit/s och tiotals bitar/Hz/s i spektral verkningsgrad för inomhusbaserade trådlösa system.

Komplexiteten och effektförbrukningen är de två huvudsakliga nackdelarna med implementeringar av MIMO-OFDM-system. Linear Technologys snabba AD-omvandlare (ADC) erbjuder den lägsta effektförbrukningen i sin klass, med analoga gränssnitt som möjliggör sampling vid höga IF-frekvenser. Kombinationen av dessa två egenskaper möjliggör flerkanalsbaserade ADC-implementeringar med minsta möjliga effektförbrukning tillsammans med möjligheten att utesluta nedblandningssteg, vilket ger en betydande kostnadsbesparing för analoga komponenter. Linear Technology har även dubbla AD-omvandlare som har bättre än -110 dB överhörning mellan kanalerna.

Den nyligen lanserade LTC2242-12 är en AD-omvandlare med 12-bitar, samplingen ligger på 250 MSa/s och bandbredden är 1,2 GHz. Kretsen matas med 2,5 V och har en effektförbrukning på 740 mW. Utgående data kan demultiplexas med en faktor två för att minska hastigheten till 125 MHz för insamling och bearbetning av data i en FPGA. Digital utdata ligger mellan 0,5 V och 2,6 V, vilket möjliggör direktanslutning till digitala lågspänningsgränssnitt. LVDS-utgångar är också valbara. LTC2242-12 är kapslad i en liten QFN som integrerar matningens bypass-kondensator, vilket sparar kortutrymme.

Användning av MIMO-teknik innebär enorma prestandavinster för ett brett spektrum av trådlös kommunikation, inkluderande wlan, Wimax, DVB-T, anti-jam GPS-baserade mottagartekniker. Praktiskt taget samtliga framtida trådlösa kommunikationssystem kommer att övergå till flerkanalsteknik. Låg effektförbrukning och förbättringar av AD-omvandlarens möjligheter till IF-sampling kommer att hjälpa till att minska komplexiteten och driva på utvecklingen av ny utrustning.