Sebbene i circuiti integrati in banda base siano divenuti sempre più programmabili, la realizzazione di front end multi-banda capaci di supportare più standard ha sempre rappresentato un problema. La commutazione tra front end RF differenti mediante un banco di commutatori Mems RF è stata ritenuta fino a poco tempo fa l’unica soluzione possibile, in quanto non si profilava all’orizzonte una soluzione RF su silicio. Con l’avvento di transceiver integrati multibanda in grado di supportare più standard la situazione è radicalmente mutata. Un transceiver programmabile, purché abbia buone caratteristiche di agilità in frequenza (frequency-agile), elimina il ricorso ai singoli transceiver necessari per soddisfare le specifiche esigenze dei differenti standard o delle diverse aree geografiche. I chip possono essere riprogrammati in maniera rapida e semplice per funzionare come transceiver per varie configurazioni di rete, ampiezze di banda e velocità di trasferimento dati. Ciò significa che gli Oem non devono ricontattare il fornitore di silicio ogni volta che si rende disponibile una nuova allocazione di spettro per richiedere il progetto e la realizzazione di un altro transceiver, fattore questo che si riflette favorevolmente sul time-to-market. Una volta che un prodotto è stato sviluppato attorno a un determinato transceiver è inoltre possibile sfruttare al massimo il concetto di riutilizzo del progetto, abbreviando in tal modo il ciclo di produzione. L’insieme di questi elementi permette agli Oem di sviluppare in tempi brevi nuovi prodotti per soddisfare le richieste del mercato.
Soddisfare i requisiti degli standard wireless
Attualmente i Mems RF devono fare i conti con problemi di affidabilità, mentre un approccio che prevede l’uso di silicio programmabile comporta notevoli vantaggi sia agli Oem sia ai progettisti di sistemi. Recentemente Lime Microsystems ha introdotto sul mercato il transceiver su chip singolo LMS6001. Questo dispositivo può essere configurato in maniera digitale per operare come transceiver WiMax, 3G o Lte a qualsiasi frequenza compresa tra 375 MHz e 4 GHz con ampiezze di banda selezionabili dall’utilizzatore. Il chip integra un amplificatore Lna (Low Noise Amplifier), driver per PA (Power Amplifier), mixer Rx/Tx, filtri Rx/Tx e sintetizzatori, oltre a circuiti per il controllo del guadagno in ricezione e per il controllo della potenza in trasmissione, e richiede un numero estremamente ridotto di componenti esterni. Il principale problema da superare nello sviluppo di questo prodotto è stato quello di ottenere l’esteso intervallo di frequenza richiesto garantendo nel contempo la conformità ai requisiti di rumore di fase del sintetizzatore, la possibilità di effettuare il filtraggio di più ampiezze di banda con un una pendenza (roll-off) molto ripida in banda base e il mantenimento dei vincoli in termini di linearità e di figura di rumore della catena di trasmissione e ricezione.
Il filtro in banda base utilizzato garantisce una pendenza molto ripida per numerose ampiezze di banda che interessano le bande WiMax e Lte: per il suo progetto si è fatto ricorso a celle formate da un condensatore e un amplificatore operazionale a transconduttanza (gm-C) modificate. L’estesa ampiezza di banda del transceiver e stata ottenuta grazie all’impiego di un sintetizzatore a larga banda. Il sintetizzatore è basato su un’architettura sigma delta a N-frazionario e copre un intervallo di frequenza compreso tra 375 MHz e 4 GHz. Il modulatore sigma-delta viene utilizzato con un rapporto di sovracampionamento molto basso in modo da semplificare il progetto e permettere l’uso componenti analogici con specifiche meno stringenti all’interno del sintetizzatore. Le prestazioni in termine di rumore di fase del sintetizzatore misurate ai nodi di uscita soddisfano tutti i requisiti dei principali standard wireless a larga banda compresi WiMax e Lte. Il sintetizzatore di frequenza utilizza un oscillatore a quarzo con clock di riferimento a 40 MHz a controllo digitale.
Un progetto riconfigurabile
Il transceiver di tipo zero-IF (conversione diretta) può gestire la modulazione Ofdm fino a 64 QAM e supporta trasmissioni Fdd e Tdd full-duplex con una sensibilità di -70 dBm a 7 MHz con modulazione 64 QAM. La corrente di funzionamento è pari a 300 mA (valore tipico) nel funzionamento in modalità Fdd a 1,8 e 3,3 V, con una corrente di stand-by inferiore a 1 mA: le modalità di power-down sono selezionabili via software. L’uscita RF in trasmissione è pari a –10 dBm (modulata). Lime Microsystems ha anche sviluppato un progetto di riferimento per un sistema transceiver wireless MicroTca multi-standard riconfigurabile: il progetto, basato su LMS6001, prevede 6 ampiezze di banda di canale da 1,5 MHz a 28 MHz selezionabili dall’utilizzatore e può essere configurato in maniera digitale per operare nelle bande comprese tra 375 MHz e 4 GHz. Questo progetto di riferimento riconfigurabile, che supporta una vasta gamma di configurazioni di rete – Wcdma/Hspa, WiMax e Lte – e differenti ampiezze di banda, è il primo progetto di riferimento per transceiver ad adottare il formato MicroTca.
Un solo transceiver per ogni esigenza
Una considerazione di fondamentale importanza è il fatto che il silicio programmabile non attirerà mai l’attenzione dei produttori di femtocelle a meno che non risulti competitivo dal punto di vista dei costi. Basso costo e silicio programmabile sono due concetti che difficilmente vanno d’accordo. Se si considera il problema da un punto di vista più ampio, e non solamente in termini di costo per singola unità, emergono alcuni aspetti interessanti.
Il silicio di natura programmabile ha implicazioni significative sull’inventario degli Oem. Sarà necessario acquistare un solo tipo di transceiver per un’intera gamma di piccole stazioni base cellulari. Si tratta di un vantaggio considerevole per gli Oem che operano su scala globale e distribuiscono i loro prodotti in differenti aree geografiche. Nel caso di aumento della domanda in un determinato Paese, il silicio necessario è già disponibile indipendentemente dal Paese che ne fa richiesta. Inoltre, poiché un transceiver sarà impiegato per più linee di prodotto, gli Oem potranno beneficiare dei vantaggi propri delle economie di scala. Questi sviluppi nel settore dei transceiver e degli integrati in banda base programmabili farà in modo che in prossimo futuro sarà necessaria una singola Bill Of Material per la realizzazione di queste minuscole stazioni base. L’obiettivo finale è infatti quello di avere un singolo prodotto finito il cui l’hardware possa essere completamente riprogrammato per supportare qualsiasi standard o frequenza. Non siamo ancora arrivati a questo punto perché le antenne e gli amplificatori di potenza devono subire ulteriori evoluzioni, ma i vantaggi in termini di inventario e di time-to-market sono evidenti.
