手機通話費一路探底，儘管讓消費者笑得合不攏嘴，卻讓電信系統業者笑不出來。為了因應這個局面，電信系統業者紛紛透過3G傳輸更多資訊，以取代語音市場帶來的利潤。然而，更多元的傳輸應用代表更多的頻寬需求，也等同於更多的基地台。為了因應無所不在的3G承諾，新一代的基地台也隨之問世。
手機通話費一路探底，儘管讓消費者笑得合不攏嘴，卻讓電信系統業者笑不出來。為了因應這個局面，電信系統業者紛紛透過3G傳輸更多資訊，以取代語音市場帶來的利潤。然而，更多元的傳輸應用代表更多的頻寬需求，也等同於更多的基地台。為了因應無所不在的3G承諾，新一代的基地台也隨之問世。
儘管手機通話費率持續下降，行動電話系統業者依然希望繼續提升其平均用戶貢獻度(ARPU)。雖然開發中國家語音通訊的發展潛力很大，但已開發國家的語音通訊市場卻已經飽和，業者不得不以行動寬頻資訊和視頻/行動電視業務提升每戶平均收益。就網路資源的單位價格(美元/千位元組)而言，行動電話系統業者向資訊業務用戶實際收取費用，甚至低於營運商對傳統語音和簡訊業務收取的費用(圖1)。因此，行動電話系統業者迫切希望利用現有的頻率資源，增加更多經濟利益，並提供用戶更高的頻寬。
頻率使用效率為第一優先
提升載頻是執行更高頻寬的一種可行模式；但是，提升載頻會縮小手機通話網路的涵蓋面積，同時對建築物的穿透能力也不甚理想，因此必須設立更多的基地台(圖 2)；雖然未經許可的頻段也可提升網路容量，但卻因易受頻率干擾並導致服務品質(QoS)下降，使得品牌形象受損。因此，最理想的情況是，營運商透過提升頻譜率使用率，在較低的頻率執行容量最大化。
過去在頻域(Frequency Domain)和時域(Time Domain)中，調製和編碼一直是提升頻譜效率的常用手法，而今日最新的技術已經接近限定無線傳輸最高資訊速率的夏儂(Shannon)容量極限，但夏儂定理沒有考慮空間領域的再使用技術；在這種網路中，分布式基地台和智慧型天線架構仍可顯著提升頻率使用效率。簡而言之，這種技術的基本原理不像以往將空間視為一個由所有用戶共享的龐大「資訊通道」，而是透過將空間領域多工化，將空間畫分為許多通道，讓每個用戶可獲得一條或多條可傳輸資訊的通道。
多通道多重智慧型天線提升傳輸效率
目前主要有兩種突破性的智慧型天線架構︰如圖3的智慧型適應性天線系統(AAS)和圖4的多輸入多輸出(MIMO)系統。
智慧型適應性天線系統利用多條天線將波束集中在用戶的焦點上，擴大手機通話訊號面積、降低干擾，並提升更容易在其他放射方向再使用一個用戶頻率的頻率再使用率。
多輸入多輸出技術則將麻煩的離散通道問題，轉化為利用多重天線和訊號路徑提供更多的資訊傳輸通道的優勢。
值得注意的是，營運商希望同時擴大容量和覆蓋面積；因為提升容量可降低營運成本，而擴大覆蓋面積可減少用戶流失。
智慧型適應性天線系統天線已在GSM和WCDMA網路中開始使用，它也是中國大容量TD-SCDMA網路的一個關鍵組件。多輸入多輸出技術即將用於無線區域網路(WLAN)，目前已獲准使用於WiMAX系統，並計畫用於3G長期演進(LTE)以升級資訊速率。
適當部署位置決定傳輸品質
在適當的位置部署天線和選擇何種天線一樣重要。傳統上，我們將射頻模組安裝在基地台基架中，透過低損耗同軸電纜將射頻類比訊號傳送至天線；同時，遠程射頻單元(RRH)將射頻訊號傳送至天線，並透過可靠和無損的鏈路將一個或多個分布式遠程射頻單元連接至基地台機房。
分布式遠程射頻單元數位鏈路取代了基地台和射頻模組之間昂貴的同軸電纜，這不僅可以避免3分貝的電纜傳輸耗損，而且能夠讓射頻放大器實現更大的增益。
遠程射頻單元可以被串連起來，以擴大容量和覆蓋範圍，同時減少占地空間和降低基地台租賃成本。遠程射頻單元通常體積輕巧，只需一人即可安裝，因此大幅降低安裝和維護成本；且可以安裝在一般基地台無法安裝或安裝成本過高的地點，例如樓頂、燈柱或塔頂上，大幅增加傳輸範圍，讓使用者更加便利。
通用公共射頻介面(CPRI)和主動開放基地台架構(OBSAI)等遠程射頻介面標準可提升設計再使用率，也進一步提升射頻單元開發的效率，為營運商提供更多選擇與更優惠的價格。
遠程射頻單元和多重天線技術相得益彰，將可免除基地台天線，以增加部署的靈活性，同時改進空間集散性能、降低設備成本，並提升射頻使用效率。以智慧型適應性天線系統為例，該天線系統對天線安裝位置相當敏感，現有的基地台站址可能不是最佳位置，不過，有了分布式遠程射頻單元架構，營運商就能輕鬆優化天線安裝位置和網路部署。
定時問題難解
儘管分布式遠程射頻單元和多天線架構看似為擴大容量和覆蓋範圍的一個適當的解決方案，但其實它們同樣面臨許多挑戰：所有遠程射頻單元必須在完全相同的頻率下同時工作，而且從每支天線到基地台的每條延遲路徑都必須被測定和校準。有些延遲隨溫度的變化而有所更改，如光纖上的傳輸延遲等，因此在實際營運中可能須要定期進行校準。
在啟動的時候，整個遠程射頻單元網路必須透過串聯通用公共射頻介面或開放式基地台架構發起組織光纖鏈路和基地台機房保持同步。一個簡單的啟動程式是︰
在開機時，每個分布式遠程射頻單元必須根據本地時脈源進行自我配置，然後才能切換到由基地台傳入的資訊流中提取的恢復時脈。但是，這種時脈切換可導致分布式遠程射頻單元光介面採用的串聯解串器(SerDes)丟失資訊，這是因為串聯解串器參考時脈不僅被串聯器使用，而且被解串器用於驗證和保持時脈。在時脈轉換過程中，解串器可以觀察到參考時脈上的相移和頻移，因此判斷該時脈未被鎖定(圖5)。這個問題並不會在所有情況下發生，這就提出了現場可靠性問題。
為了防止出現可靠性問題，美國國家半導體推出次世代基地台串聯器/解串器SCAN25100，具備獨立的發射和接收鎖相環(PLL)，能夠在不影響解串器的情況下，讓參考時脈從本地時脈源切換至恢復時脈(圖6)。SCAN25100可在沒有外部時脈源的情況下使用，由透過SysCLK輸出管腳在分布式遠程射頻單元啟動期間向分布式遠程射頻單元邏輯內核提供晶片上晶振時脈訊號，所以不須要配置外部晶振。
一旦SCAN25100和從基地台傳入的資訊保持同步，SysCLK就鎖相至恢復時脈，從而使遠程射頻單元和基地台自動保持同步。這種鎖相過程在類比電路中以一種平穩的模式進行，這樣下行傳輸組件就能追蹤從內部時脈到恢復時脈的輕微頻率變化。
遠程射頻單元開機並和基地台保持同步後，這些單元和基地台機房之間的所有傳輸通道的延遲都必須被校準，以達到空中介面的定時要求。遠程射頻單元和基地台之間的互連校準，一般透過利用訊框同步技術測定延遲值進行。例如，通用公共射頻介面標準規定，遠程射頻單元和基地台之間的延遲為(T14 Toffset)/2，其中T14是基地台發射和接收一個超高訊框之間的延遲，Toffset則是遠程射頻單元發射和接收一個超高訊框之間的延遲。
SCAN25100能夠以透明模式測定T14、Toffset，以及自身的確定性延遲(圖7)，因此可準確提供SCAN25100並行介面的系統光纖傳輸和晶片上處理延遲。另外，SCAN25100可測定並行匯流排上的Tin-out和Tout-in延遲，方便遠程射頻單元中的延遲校準(圖8)。
遠程射頻單元鏈路測試準確性要求一般為10ns左右，但是，在多跳遠程射頻單元配置中，延遲測定誤差是累積性的，因此要求更高的精確度。美國國家半導體保證SCAN25100 T14/Toffset延遲校準測量(DCM)的絕對值為±800ps，因此可確保待計算的所有網路延遲值為短短幾奈秒。
雖然發射分集、智慧型適應性天線系統和多輸入多輸出等多重天線架構能夠普遍提升頻譜效率，但是它們比傳統天線要求更嚴格的延遲校準；即便在部署時利用特殊的測試儀器對基地台網路進行了精確校準，遠程射頻單元光纖鏈路在正常營運時的訊號傳播延遲變化，仍有可能超過系統定時要求。例如，長度為15公里的單模光纖的溫度變化(±40℃)，可能導致大約37奈米的延遲差(圖9)。
延遲測量解析度大約為200ps的SCAN25100，能夠測定遠程射頻單元光纖鏈路中很小的延遲變化，稍早時美國國家半導體就專門進行一場試驗做為驗證。測試者將一卷長度為1公里的單模光纖放在一個保溫良好的盒子中，然後逐漸將溫度從20℃提升到45℃，並利用SCAN25100測定光纖傳輸延遲。試驗結果證實，光纖延遲變化率為31ps/℃/公里(圖10)，和粒子加速物理學的研究成果非常接近。如此一來，基地台就能夠執行很高的延遲校準精度，也為開發和部署新型天線架構拓樸開創更多機會。
這樣的變化，讓業界突破了以往在夏儂容量定理對頻率使用效率設定的極限，尤其在利用像是智慧型適應性天線系統智慧型天線和多輸入多輸出這樣的空間領域再使用技術，就能夠突破此一極限，實現從當今幾兆位元組/秒到100兆位元組/秒廣域的無線寬頻服務。SCAN25100解決了下一代網路中關鍵的定時挑戰，並實現了寬頻無處不在的3G連結承諾。