WiMAX通信射頻系統(tǒng)設計

　　3 系統(tǒng)工作流程

　　系統(tǒng)采用時分雙工工作方式，當基帶控制的收發(fā)開關信號為高電平時，系統(tǒng)工作在發(fā)時隙，基帶送出的I、Q 信號經(jīng)調制、上變頻、功率放大和中頻、射頻濾波后經(jīng)開關由天線發(fā)射至接收端;在接收端，基帶控制的收發(fā)開關信號此時為低高電平，系統(tǒng)工作在收時隙，接收的射頻信號經(jīng)開關、低噪放、下變頻、相應射頻、中頻濾波，解調出I、Q 基帶信號送至基帶信號處理單元。系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)工作流程圖

　　4 主要技術指標的實現(xiàn)與指標分配

　　4.1 發(fā)射功率的實現(xiàn)

　　由于系統(tǒng)的基帶采用OFDM 調制技術，OFDM是無線通信系統(tǒng)中的一項關鍵技術，是一種多載波傳輸技術。多載波傳輸技術相對于單載波傳輸技術而言有很多優(yōu)點，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 技術的一個主要缺點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，由于系統(tǒng)采用較高的64QAM 等調制方式，對系統(tǒng)的線性要求較高，針對以上問題，在設計及選用器件時，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。

　　功放設計的難點主要是末級功放的設計，本系統(tǒng)末級功放選用SIRENZA 公司生產的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，功放末級有一無源收發(fā)開關、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，滿足設備技術指標要求;同時，SZA5044的增益為28 dB，為保證設備技術指標16 dBm 功率輸出，SZA5044 輸入功率要求- 9 dBm，功放前級的射頻開關、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，滿足技術指標要求。

　　4.2 發(fā)射通道ALC的實現(xiàn)

　　由于系統(tǒng)針對點對多點設計，基站的AGC 不能工作，基站的接收增益相對固定，為保證系統(tǒng)正常通信，基站端通過測試上行接收基帶I、Q 的功率電平,與標準I、Q 的功率電平比較，計算出功率誤差，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;為保證有足夠的動態(tài)，以適應衰落的影響，指標規(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，數(shù)控衰減器提供28 dB 的ALC 控制范圍，步徑4 dB，在實際應用中，實際測試一ALC 控制表格，按實際衰減量從小到大排列，步徑1 dB，通過安捷侖公司的89601 軟件實際測量發(fā)射功率電平，同時保證在50 dB 的動態(tài)范圍內，發(fā)射的相對矢量誤差小于- 31 dB。在正常工作時，基帶軟件根據(jù)當前ALC 控制信號所在控制表格的位置和基站測量的功率誤差，動態(tài)調整用戶端發(fā)射功率,保證系統(tǒng)正常工作。

　　4.3 發(fā)射機EVM指標實現(xiàn)

　　發(fā)射機相對矢量誤差是衡量發(fā)射機綜合技術指標之一，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) 線性技術指標和系統(tǒng)頻偏等決定。針對本射頻系統(tǒng)而言，I、Q 的正交誤差主要通過PCB 板I、Q 信號走線嚴格等長來控制;幅度平衡可通過運算放大器的增益控制電阻來調整; 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滿足- 88 dBc@ 1 kHz、- 90 dBc@10 kHz，從而保證TRF2436 輸出最終功率0 dBm時，其相對矢量誤差達到- 34. 5 dB;對本系統(tǒng)而言，功放的合理設計決定了發(fā)射機相對矢量誤差。

　　如前所述，本系統(tǒng)選用的末級功放，在輸出功率為16 dBm 時，其相對矢量誤差為2% ( - 34 dB) ，通過計算系統(tǒng)的相對矢量誤差為- 32. 5dB，滿足技術指標要求。