固定WiMAX" title="WiMAX">WiMAX標(biāo)準(zhǔn)基于正交頻分復(fù)用(OFDM" title="OFDM">OFDM) 技術(shù),，使用256個(gè)副載波; 該標(biāo)準(zhǔn)支持1.75~ 28 MHz范圍內(nèi)的多個(gè)信道帶寬,，同時(shí)支持多種不同的調(diào)制方案，包括BPSK,、QPSK,、16QAM 和64QAM。

1 主要芯片完成功能

本設(shè)備采用超外差時(shí)分雙工方式來完成設(shè)計(jì),在符合WiMAX 標(biāo)準(zhǔn)的射頻套片推出之前,，成功選用SIGE 公司生產(chǎn)的中頻芯片SE7051L10 和 Texasinstruments 公司生產(chǎn)的射頻芯片TRF" title="RF">RF2436 來完成設(shè)計(jì),。中頻頻率固定為380 MHz，射頻頻率在 5. 725~5. 850 GHz頻段內(nèi)可選,。

1.1 SE7051L10

SE7051L10 主要完成功能為：

①在發(fā)射時(shí)隙內(nèi)完成I,、Q 基帶信號(hào)上變頻為380MHz 的固定中頻信號(hào);

②在接收時(shí)隙內(nèi)完成接收的380 MHz 的固定中頻信號(hào)下變頻為零中頻的I、Q 基帶信號(hào);

③完成合成IF 和RF 所需的LO 功能; 其中中頻LO 頻率為固定的380 MHz; RF 本振頻率可選,，以便系統(tǒng)工作在期望的工作信道內(nèi);

④在發(fā)射和接收通道,，均內(nèi)置可變?cè)鲆娣糯笃鳎瑫r(shí)Tx 通道具有18 dB 的增益控制范圍( 步進(jìn)6 dB) ,，和50 dB TX 增益控制范圍( 步進(jìn)1 dB) ,，Rx 通道具有50 dB 的自動(dòng)增益控制范圍。

1.2 TRF2436

TRF2436 完成功能為：

①在發(fā)射時(shí)隙內(nèi)完成380 MHz 的固定中頻信號(hào)上變頻到所需的RF 信道頻率;②在接收時(shí)隙內(nèi)完成接收的RF 信號(hào)放大并下變頻為380 MHz 的固定中頻信號(hào);③片內(nèi)內(nèi)置收發(fā)開關(guān),、低噪聲放大器及開關(guān)控制的功率放大器;④ 內(nèi)置射頻本振倍頻器,。

2 總體設(shè)計(jì)

由于SE7051L10 與TRF2432 非同一公司套片,需重新設(shè)計(jì)，主要從以下幾點(diǎn)考慮,。

中頻芯片SE7051L10 產(chǎn)生射頻本振,，其合成頻率范圍2 850~ 3 350MHz，若系統(tǒng)選用低本振,，要求最低頻率為2 672. 5MHz,，SE7051L10 無法滿足該要求，系統(tǒng)只能選用高本振,，高本振要求頻率為3 052~ 3 115MHz,。

選用高本振將導(dǎo)致中頻及基帶頻譜鏡像，對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)而言,，由于接收下變頻將發(fā)射的上變頻導(dǎo)致的頻譜鏡像翻轉(zhuǎn),，系統(tǒng)會(huì)不留痕跡進(jìn)行解調(diào),。

但作為CPE 設(shè)備，無法與標(biāo)準(zhǔn)基站對(duì)聯(lián),，采用基帶I,、Q信號(hào)顛倒連接，巧妙地解決選用高本振導(dǎo)致的頻譜翻轉(zhuǎn),，與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源對(duì)聯(lián),，系統(tǒng)工作正常。

SE7051L10 的收發(fā)中頻為各自獨(dú)立的差分輸入輸出,，而TRF2436 收發(fā)中頻為共用的差分輸入輸出,為解決此問題,，選用2只單端雙擲開關(guān)，通過收發(fā)切換控制信號(hào),，將SE7051L10 的收發(fā)中頻各自獨(dú)立的差分輸入輸出切換至TRF2436 要求共用的中頻差分輸入輸出,，效果良好。

作為WiMAX CPE設(shè)備,，基站為適應(yīng)不同用戶端設(shè)備要求,，其系統(tǒng)接收增益固定，不具備AGC功能,為保證接收信號(hào)幅度恒定,，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整不同CPE設(shè)備的發(fā)射功率,。

因此要求WiMAX CPE設(shè)備發(fā)射通道具有超過50 dB的ALC控制范圍; 雖然SE7051L10內(nèi)置步徑1 dB 的50 dB衰減器，但中頻衰減過大,，將影響中頻信號(hào)的信噪比,，從而影響系統(tǒng)性能。

而TRF2436是針對(duì)802. 11系統(tǒng)開發(fā)的,，發(fā)射通道沒有提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的數(shù)控衰減器; 為增大系統(tǒng)發(fā)射動(dòng)態(tài),在TRF2436的射頻濾波器后增加一片步徑4 dB總衰減28 dB數(shù)控衰減器,。

重新設(shè)計(jì)SE7051L10 射頻本振的環(huán)路濾波器,優(yōu)化射頻本振的相位噪聲，從而改善發(fā)射及接收系統(tǒng)的信號(hào)相對(duì)矢量誤差,。

TRF2436 的本振要求100Ω差分輸入,，本振功率電平0 dBm。通過增加此頻段工作的平衡- 不平衡變換的巴侖集成塊來解決,，巴侖集成塊平衡輸出阻抗為200Ω差分輸出,，阻抗不匹配通過四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器來解決。

同時(shí),，通過一單片放大器將 SE7051L10 輸出本振放大到0 dBm,，單片放大器也有利于提高本振的輸入輸出隔離度。

通過收發(fā)通道的預(yù)算,，合理地完成功放及低噪放設(shè)計(jì),。

3 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)采用時(shí)分雙工工作方式，當(dāng)基帶控制的收發(fā)開關(guān)信號(hào)為高電平時(shí)，系統(tǒng)工作在發(fā)時(shí)隙,，基帶送出的I,、Q 信號(hào)經(jīng)調(diào)制、上變頻,、功率放大和中頻,、射頻濾波后經(jīng)開關(guān)由天線發(fā)射至接收端,。

在接收端,，基帶控制的收發(fā)開關(guān)信號(hào)此時(shí)為低高電平，系統(tǒng)工作在收時(shí)隙,，接收的射頻信號(hào)經(jīng)開關(guān),、低噪放、下變頻,、相應(yīng)射頻,、中頻濾波，解調(diào)出I,、Q 基帶信號(hào)送至基帶信號(hào)處理單元,。

4  主要技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)與指標(biāo)分配

4.1 發(fā)射功率的實(shí)現(xiàn)

由于系統(tǒng)的基帶采用OFDM 調(diào)制技術(shù)，OFDM是無線通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),，是一種多載波傳輸技術(shù),。

多載波傳輸技術(shù)相對(duì)于單載波傳輸技術(shù)而言有很多優(yōu)點(diǎn)，例如抗多徑干擾,，抗突發(fā)噪聲和有效地克服頻率選擇衰落,。但OFDM 技術(shù)的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是具有很高的峰均功率比(PAPR) ，高的峰值容易引起非線性失真,。

同時(shí),，由于系統(tǒng)采用較高的64QAM 等調(diào)制方式，對(duì)系統(tǒng)的線性要求較高,，針對(duì)以上問題,，在設(shè)計(jì)及選用器件時(shí)，為保證系統(tǒng)工作在線性區(qū)域,，所有器件均要求在其P1 dB回退10 dB工作,。

功放設(shè)計(jì)的難點(diǎn)主要是末級(jí)功放的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)末級(jí)功放選用SIRENZA公司生產(chǎn)的SZA5044,，其輸出P1 dB為29 dBm,，功率回退10 dB，其輸出線性功率為19 dBm,。

功放末級(jí)有一無源收發(fā)開關(guān),、抑制諧波分量的低通濾波器及MCX 插座，其插入損耗總和為1. 6 dB，在插座輸出口輸出的線性功率為 17. 4 dBm,，滿足設(shè)備技術(shù)指標(biāo)要求;同時(shí),，SZA5044的增益為28 dB，為保證設(shè)備技術(shù)指標(biāo)16 dBm 功率輸出,，SZA5044 輸入功率要求-9 dBm,。

功放前級(jí)的射頻開關(guān)、數(shù)控衰減器及濾波器的插入損耗總和為4. 4 dB,，要求TRF2436 的線性功率輸出- 4. 6 dBm,TRF2436 其輸出P1 dB為22 dBm,，線性功率輸出12 dBm，滿足技術(shù)指標(biāo)要求,。

4.2 發(fā)射通道ALC的實(shí)現(xiàn)

由于系統(tǒng)針對(duì)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)設(shè)計(jì),，基站的AGC 不能工作，基站的接收增益相對(duì)固定,。

為保證系統(tǒng)正常通信,，基站端通過測(cè)試上行接收基帶I、Q 的功率電平,與標(biāo)準(zhǔn)I,、Q 的功率電平比較,，計(jì)算出功率誤差，送至用戶端,，通過軟件開環(huán)控制用戶端上行的發(fā)射功率;為保證有足夠的動(dòng)態(tài),，以適應(yīng)衰落的影響，指標(biāo)規(guī)定用戶端的ALC 控制范圍大于50 dB,，步徑1 dB,。

本系統(tǒng)的ALC 由SE7051L10 提供30dB ALC 控制范圍，步徑1 dB; 同時(shí),，數(shù)控衰減器提供28 dB 的ALC 控制范圍,，步徑 4 dB，在實(shí)際應(yīng)用中,，實(shí)際測(cè)試一ALC 控制表格,，按實(shí)際衰減量從小到大排列，步徑1 dB,，通過安捷侖公司的89601 軟件實(shí)際測(cè)量發(fā)射功率電平,，同時(shí)保證在50 dB 的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，發(fā)射的相對(duì)矢量誤差小于- 31 dB,。

在正常工作時(shí),，基帶軟件根據(jù)當(dāng)前ALC 控制信號(hào)所在控制表格的位置和基站測(cè)量的功率誤差，動(dòng)態(tài)調(diào)整用戶端發(fā)射功率,保證系統(tǒng)正常工作,。

4.3 發(fā)射機(jī)EVM指標(biāo)實(shí)現(xiàn)

發(fā)射機(jī)相對(duì)矢量誤差是衡量發(fā)射機(jī)綜合技術(shù)指標(biāo)之一,，由基帶I、Q 的正交誤差、幅度平衡,，本振的相位噪聲,，混頻器和功放(PA) 線性技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)頻偏等決定。

針對(duì)本射頻系統(tǒng)而言,，I,、Q 的正交誤差主要通過PCB 板I、Q 信號(hào)走線嚴(yán)格等長(zhǎng)來控制;幅度平衡可通過運(yùn)算放大器的增益控制電阻來調(diào)整; 由于本射頻系統(tǒng)選用TRF2436 作為二次混頻的主芯片,，混頻器集成在芯片內(nèi)部,，無法控制; 發(fā)射EVM 主要由本地振蕩器的相位噪聲決定。

通過合理選用VCTCXO,，優(yōu)化環(huán)路濾波器等措施,，保證射頻本地振蕩器的相位噪聲指標(biāo)滿足-88 dBc@1 kHz、-90 dBc@10 kHz,，從而保證TRF2436輸出最終功率0 dBm時(shí)，其相對(duì)矢量誤差達(dá)到- 34. 5 dB;對(duì)本系統(tǒng)而言,，功放的合理設(shè)計(jì)決定了發(fā)射機(jī)相對(duì)矢量誤差,。

5小結(jié)

如前所述，本系統(tǒng)選用的末級(jí)功放,，在輸出功率為16 dBm 時(shí),，其相對(duì)矢量誤差為2% (-34 dB) ，通過計(jì)算系統(tǒng)的相對(duì)矢量誤差為-32.5dB,，滿足技術(shù)指標(biāo)要求,。