WiMAX通信射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要是參照802. 16d 固定無線傳輸寬帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是針對WiMAX 寬帶無線接入產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的射頻系統(tǒng)，它的作用是為基帶信號處理單元提供零中頻基帶信號或基帶I、Q 信號無線的收發(fā)通道。

　　0 引言

　　固定WiMAX 標(biāo)準(zhǔn)基于正交頻分復(fù)用( 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。由于信號寬帶及高調(diào)制方式等多項(xiàng)技術(shù)參數(shù)導(dǎo)致射頻設(shè)計(jì)充滿挑戰(zhàn)性。

　　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TRF2436 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 基帶信號上變頻為380MHz 的固定中頻信號;

　?、谠诮邮諘r(shí)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;

　　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);

　?、茉诎l(fā)射和接收通道，均內(nèi)置可變增益放大器，同時(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：

　?、僭诎l(fā)射時(shí)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;②在接收時(shí)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;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，對點(diǎn)對點(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)基站對聯(lián)，采用基帶I、Q 信號顛倒連接，巧妙地解決選用高本振導(dǎo)致的頻譜翻轉(zhuǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)信號源對聯(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，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，將影響中頻信號的信噪比，從而影響系統(tǒng)性能; 而TRF2436 是針對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)的信號相對矢量誤差。

　　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)。