5. 8GHz WiMAX寬帶無(wú)線通信射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：在芯片廠商未推出針對(duì)WiMAX 標(biāo)準(zhǔn)5. 8 GHz 頻段射頻芯片的情況下，利用SIGE 公司開(kāi)發(fā)的中頻芯片SE7051L10 及TI 公司開(kāi)發(fā)的射頻芯片TRF2436，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，成功地研制出5. 8 GHz 頻段CPE 和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)射頻收發(fā)系統(tǒng)，測(cè)試指標(biāo)滿足或優(yōu)于802. 16d 標(biāo)準(zhǔn)。詳細(xì)介紹了主要芯片完成功能、主要技術(shù)指標(biāo)、總體設(shè)計(jì)以及具體指標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

　　本設(shè)計(jì)主要是參照802. 16d 固定無(wú)線傳輸寬帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是針對(duì)WiMAX 寬帶無(wú)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(hào)處理單元提供零中頻基帶信號(hào)或基帶I、Q 信號(hào)無(wú)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(hào)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(lái)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(lái)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：

　?、僭诎l(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)；

　?、弁瓿珊铣蒊F 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?cè)鲆娣糯笃?，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(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(kāi)關(guān)、低噪聲放大器及開(kāi)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(wú)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(wú)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(wèn)題，選用2 只單端雙擲開(kāi)關(guān)，通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)發(fā)的，發(fā)射通道沒(méi)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。