WiMAX 作為一項無線城域網(wǎng)技術(shù)，同當(dāng)前的3G以及WIFI相比,，在帶寬,、覆蓋范圍及數(shù)據(jù)率上具有明顯的優(yōu)勢，且具有維護(hù)成本低,、架設(shè)方便,、建設(shè)成本低等特點。對于這樣一種新興且富有前途的無線通信技術(shù),，國內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行研發(fā)的機構(gòu)和企業(yè)總體來說卻仍然較少,，市場上可以見到的基本上都是境外產(chǎn)品，價格也較高,。研制開發(fā)無線局域網(wǎng)產(chǎn)品對于促進(jìn)我國無線局域網(wǎng)的發(fā)展具有重要的意義,。但作為一項新技術(shù)，射頻技術(shù)設(shè)計具有相當(dāng)?shù)碾y度,，尤其是5.8G頻段,，對于功放的線性度、低噪放的噪聲指標(biāo)以及頻率源的相位噪聲指標(biāo)都提出了很高的要求,，我們設(shè)計的基于WiMAX技術(shù)5.8G無線專網(wǎng)射頻系統(tǒng),，主要采用0402封裝器件貼裝,，與基帶電路聯(lián)系便利。
1 射頻收,、發(fā)系統(tǒng)工作原理
射頻收,、發(fā)系統(tǒng)作用是為基帶I，Q信號提供一個無線的收發(fā)通道,。在發(fā)射時隙,，基帶I，Q信號通過兩次混頻,，一中頻為固定的380 MHz,，二中頻本振頻率可變，以使射頻工作在期望的信道內(nèi),，變頻后的射頻信號經(jīng)濾波,、功率放大后，由天線發(fā)送至遠(yuǎn)端;在接收時隙,，天線接收的遠(yuǎn)端傳來的信號,，經(jīng)低噪聲放大后，通過兩次混頻,，在接收AGC的控制下，等幅度地送至基帶處理板,。
射頻模塊直接通過125芯的插座與基帶板相連,，與基帶板連接信號通過125芯的插座傳輸，射頻信號通過MCX連接器安裝于PCB板上,，并直接輸出到收發(fā)天線,。
2 射頻收發(fā)模塊
2.1 高集成度芯片
選用頂級公司中頻芯片與射頻芯片作為本無線射頻系統(tǒng)集成度極高的解決方案。這些芯片由IF與RF收發(fā)器組成,，支持4.9～5.9 GHz空中接口頻帶,。該芯片組可通過復(fù)雜的I/Q接口支持系統(tǒng)工作在TDD模式。此款高度集成的芯片可縮小空間,，不僅有助于簡化設(shè)計,，而且還能節(jié)約材料清單（BOM）成本。中頻芯片具有低噪聲,、高線性的特點只需要一個中頻濾波器,，同時還包含兩個中頻和射頻頻率合成器，一個高速的數(shù)字可變增益放大器,，其增益控制范圍達(dá)50 dB,。
中頻芯片功能：在發(fā)射時隙內(nèi)完成I/Q基帶信號上變頻為380 MHz的固定中頻信號;在接收時隙內(nèi)完成接收的380 MHz的固定中頻信號下變頻為零中頻的I/Q基帶信號。
射頻芯片功能：在發(fā)射時隙內(nèi),，完成380 MHz的固定中頻信號上變頻到所需的RF信道頻率;在接收時隙內(nèi)完成接收的RF信號放大并下變頻為380 MHz的固定中頻信號,。
2.2 線性功率放大器
在數(shù)字微波通信系統(tǒng)中,，功放的非線性失真對信號傳輸質(zhì)量影響極大，在高階QAM調(diào)制系統(tǒng)中,，臨界情況下功放的三階交調(diào)系數(shù)變壞1 dB,，誤碼率將惡化80%。在本系統(tǒng)中,，采用功率倒退法改善系統(tǒng)的三階交調(diào)系數(shù),，功放工作在末級功放的P1dB輸出功率以下10 dB（考慮收發(fā)開關(guān)及射頻濾波器1.6 dB的插損），當(dāng)系統(tǒng)最大發(fā)射功率要求為16 dBm時,，末級功放的P1dB至少應(yīng)為28 dBm,。我們選用高效的線性功放，輸出功率為21.5 dBm時,，EVM為3%,，此指標(biāo)對于發(fā)射機的發(fā)射星座誤差指標(biāo)起決定性作用，整個發(fā)射系統(tǒng)的EVM指標(biāo)要求見表1,。
2.3 接收靈敏度及接收AGC控制
接收機靈敏度是接收系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo),，對802.16d系統(tǒng)而言，其接收機靈敏度可通過以下公式來計算：
Rss=-102+SNRrx+10Log（（Fs*200）/256）
對3.5 MHz帶寬而言,，這里的Fs=3.5*8/7
SNRrx為系統(tǒng)解調(diào)歸一化信噪比要求,，對64QAM-3/4而言，其歸一化信噪比要求為24.4 dB,。
通過計算Rss=-72.6 dBm,。
接收機靈敏度與噪聲系數(shù)之間滿足關(guān)系式：
Rss=-174 dBm+101g BW+NF
因此要滿足上述的接收靈敏度要求，在帶寬確定的條件下必須使接收機的NF足夠小,。我們選用的LNA噪聲系數(shù)優(yōu)于1.7dB,，完全滿足指標(biāo)要求。
SS的接收靈敏度要求如表2所示（BER≤10-6）,。
在通信系統(tǒng)中,，接收機都要用到自動增益控制（AGC）電路來提高接收機的動態(tài)控制范圍，使強輸入信號不至于使接收機飽和而產(chǎn)生很大失真,，小信號不至于使接收機解調(diào)器檢測不到而完全丟失,，即為系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)脑鲆婧途€性度而滿足接收靈敏度的要求。
在本系統(tǒng)中,，最大正常接收電平不小于-30 dBm,，同時應(yīng)保證接收系統(tǒng)在0 dBm的輸入信號時，系統(tǒng)不至于損壞;最小接收電平（即調(diào)制方式為BPSK時的接收機靈敏度）-91 dBm,，AGC控制范圍91 dB,。接收增益控制采用三級增益控制方案：第一級在LNA處，兩級LNA均具有旁路開關(guān)功能,，可以將電流設(shè)置到0,，并實現(xiàn)最小的插入損耗,。當(dāng)接收到大信號時，旁路模式可調(diào)整動態(tài)的接收增益范圍達(dá)26 dB以上;第二級在5.8 GHz的射頻信號處,，射頻芯片中含有15dB的增益控制范圍;第三級在380 MHz中頻信號處,，中頻芯片中帶有高速的數(shù)字VGA控制，其范圍達(dá)50 dB,。
2.4 頻率源
由于射頻本振不是完美的連續(xù)波單頻率源,，而是存在相位噪聲的，在射頻轉(zhuǎn)換級的輸出端他會使輸入信號發(fā)生變化,。由于數(shù)字信號的相位里攜帶信息,，所以引入的相位變化使誤碼率增加，調(diào)制的高階程度影響誤碼率的增加程度,。對64QAM調(diào)制方式來講,，要求在RF輸出頻率，偏置1 kHz,，相位噪聲要求-88 dBc/Hz,。同時射頻本振頻率漂移（即頻率穩(wěn)定度）使解調(diào)過程中產(chǎn)生相位誤差，致使有效信號幅度下降,，誤碼率增加;頻率穩(wěn)定度的技術(shù)指標(biāo)取決系統(tǒng)采用的調(diào)制方式及用戶對通信質(zhì)量的要求,。本系統(tǒng)采用64QAM調(diào)制方式，要求頻率穩(wěn)定度±1.5×10-6,。頻率源的頻率穩(wěn)定度及相位噪聲是系統(tǒng)的又一關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo),，我們擬采用環(huán)路鎖相技術(shù)進(jìn)行頻率合成，基準(zhǔn)源采用高穩(wěn)定晶體產(chǎn)生,。
3 測試結(jié)果
測試按照基于802.16的固定寬帶無線接入點對點射頻技術(shù)要求測試各項指標(biāo),，采用AGILENT儀表E4438C作為信號源,，E4440C作為矢量信號分析儀進(jìn)行測試,。該系統(tǒng)最大輸出功率為18 dBm，最小功率低于-50 dBm,。信道帶寬選用3.5 MHz,，發(fā)射EVM優(yōu)于-31 dB。具體指標(biāo)見圖3,。接收信號電平-30～-91 dBm,，最小接收信號電平低于-91 dBm（BPSK調(diào)制方式）。
4 結(jié) 語
將5.8 GHz無線專網(wǎng)射頻系統(tǒng)設(shè)備,，配合基帶處理設(shè)備安裝整架于兩地,，跳距約10 km，經(jīng)歷大雨,、大霧等各種惡劣天氣,，兩地之間有部分遮擋,，設(shè)備工作穩(wěn)定可靠，各系統(tǒng)誤碼率優(yōu)于10-7,?？梢噪p向傳輸10～50 Mb/s以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，并且傳輸電影圖像畫面,、聲音,，效果都很好。