WiMAX CPE 收發(fā)器之基站應(yīng)用

法定限制
監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)特定頻段內(nèi)的最大輸出功率、最大帶外(OOB)輻射和最大信道外輻射均有限制，這些限制取決于應(yīng)用所在的國(guó)家/地區(qū)以及所用的頻段。本文僅關(guān)注2.4～2.7GHz范圍內(nèi)的FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）限制。在美國(guó)，特許執(zhí)照WiMAX部署頻譜為2496～2690MHz，免執(zhí)照頻譜為2.4GHz ISM頻段（2400～2483.5MHz）。

FCC使用多種單位和方法來規(guī)定最大功率和OOB限制。下面各部分列出了針對(duì)WiMAX基站所用的多個(gè)頻率范圍的限制。如果限制用低于帶內(nèi)輸出功率的衰減幅度來表示，則帶內(nèi)功率和雜散輻射測(cè)量所用的積分帶寬必須相同。

特許執(zhí)照頻段
從2496～2690MHz，最大等效全向輻射功率(EIRP)頻段功率輸出為63dBm。基站的雜散輻射在信道邊緣必須至少衰減43+10log(P)dB，其中，P為頻段功率輸出（單位W）。

2.4GHz免執(zhí)照頻段
在ISM頻段，限制更嚴(yán)格，但最大功率輸出也低得多。在2400～2483.5 MHz，點(diǎn)到多點(diǎn)(PTMP)基站的最大傳導(dǎo)功率輸出為+30dBm，最大EIRP為+36dBm。點(diǎn)到點(diǎn)(PTP)基站必須遵守相同的傳導(dǎo)功率限制，但最大理論EIRP無限制。對(duì)于PTP基站，6 dB以上的天線定向增益每增加3dB，EIRP必須降低1dB。信道外但仍在ISM頻段內(nèi)的雜散輻射必須衰減到低于目標(biāo)信號(hào)20 dB的水平。ISM頻段外的輻射必須衰減到低于頻段功率50 dB的水平，或者衰減到-41.25 dBm/MHz的水平，以衰減較小者為準(zhǔn)。此外，使用ISM頻段的運(yùn)營(yíng)商還必須遵守下述關(guān)于限制頻段的限制。

限制頻段
FCC將某些頻段規(guī)定為“限制使用”頻段。這些頻段內(nèi)的輻射只能是雜散性的，對(duì)于ISM頻段的運(yùn)營(yíng)商，該輻射始終必須等于或小于-41.25dBm/MHz的絕對(duì)限值。影響2.4GHz ISM頻段的限制頻段有兩個(gè)：2310～2390MHz和2483.5～2500MHz。與限制頻段相鄰的特許執(zhí)照頻段不必遵守這些限制。

設(shè)計(jì)示例
對(duì)于各種情況下的單芯片CPE收發(fā)器的定量評(píng)估，功率放大器(PA)被認(rèn)為是理想的增益級(jí)。實(shí)踐中，PA會(huì)增加噪聲和非線性效應(yīng)，但對(duì)于下面的各個(gè)示例，特別設(shè)計(jì)的PA可以確保完整發(fā)射路徑的性能符合要求。各示例均使用一個(gè)10 MHz帶寬內(nèi)最大輸出設(shè)置為-3.0 dBm的CPE收發(fā)器。

第一個(gè)示例是一個(gè)工作在ISM頻段的1W點(diǎn)到多點(diǎn)微蜂窩，發(fā)射帶寬為10MHz，中心頻率為2417 MHz。第一個(gè)要符合的法定限制是20 dB的信道外衰減，信道內(nèi)功率為-13 dBm/MHz，因此衰減限制為-33 dBm/MHz，如圖3的“20dB衰減限制”所示。

圖3 發(fā)射輻射與頻率偏移的關(guān)系以及法定限制

圖3包含來自圖2的ADI公司AD9354性能曲線，以便快速比較法定限制與收發(fā)器輻射。由于AD9354信道外能量遠(yuǎn)低于-33dBm/MHz限制線，因此該收發(fā)器滿足20dB衰減要求。

第二個(gè)限制是50dB或-41.25dBm/MHz的OOB衰減，以衰減較小者為準(zhǔn)。Pout=30dBm，因此50dB是較小的衰減。目標(biāo)信號(hào)帶寬中心與ISM邊緣的頻率范圍為17.5MHz(2417～2400MHz+500kHz)。從-13dBm/MHz的信道內(nèi)功率衰減50dB，得到-63dBm/MHz的限制，如圖3的“50dB衰減限制”所示?？梢钥闯?，AD9354的輻射遠(yuǎn)低于此限制。

最后，F(xiàn)CC要求2390 MHz限制頻段邊緣的雜散輻射衰減到-41.25dBm/MHz。頻率范圍為27.5MHz（2417～2390 MHz+500kHz）。由于這是一個(gè)絕對(duì)限值，因此需要考慮PA增益。為了將帶內(nèi)輸出功率從-3dBm提升到30dBm，需要33dB的增益。將該值折合到收發(fā)器輸出端，可以得到-74.25dBm/MHz的法定限制(-41.25dBm/MHz -33dB)，如圖3中“-74.25dBm/MHz”線所示。

采用特許執(zhí)照頻段的毫微微蜂窩
在所有類型的基站中，毫微微蜂窩對(duì)成本最敏感，因此單芯片收發(fā)器必須滿足這種應(yīng)用的要求。表1顯示，典型毫微微蜂窩基站可以提供高達(dá)20 dBm的帶內(nèi)輸出功率。在信道邊緣，雜散輻射需要降低33dB(43+ 10×log(0.1))。從-13dBm/MHz的信道內(nèi)功率衰減33dB，得到-46dBm/MHz的法定限制，如圖3的水平虛線所示。

采用特許執(zhí)照頻段的微微蜂窩
微微蜂窩涵蓋的最大輸出功率范圍非常廣，為20～30dBm。本例中，功率輸出設(shè)置為27dBm，信道邊緣所需的衰減為40dB(43+10×log(0.5))。從-13dBm/MHz的信道內(nèi)功率衰減-40dB，得到法定限制為-53dBm/MHz，如圖3中的-53dBm/MHz水平線所示。

采用特許執(zhí)照頻段的微蜂窩
微蜂窩一直是昂貴、大型分立式收發(fā)器設(shè)計(jì)的領(lǐng)地，它要求的增益和功率輸出顯著大于較小尺寸的蜂窩。表2所示的最高功率輸出2W(33dBm)要求衰減46dB(43+10×log(2))。按照與前兩例相同的邏輯進(jìn)行分析，從-13dBm/MHz的信道內(nèi)功率衰減46dB，得到-59dBm/MHz的法定限制。在圖3中，通過比較AD9354輻射曲線與-59dBm/MHz的水平虛線可以發(fā)現(xiàn)，該器件有足夠的裕量來滿足此要求。

WiMAX CPE收發(fā)器的發(fā)射性能已大大改進(jìn)，現(xiàn)已能夠滿足從微微蜂窩到微蜂窩的應(yīng)用要求。與分立設(shè)計(jì)相比，除了集成發(fā)射路徑所帶來的成本和空間節(jié)省以外，單芯片收發(fā)器還能提供兩個(gè)接收機(jī)，從而進(jìn)一步節(jié)約成本和空間。