【無線射頻通信】-WiMAX通信射頻系統(tǒng)設(shè)計

----宋停云與您分享--------宋停云與您分享----WiMAX通信射頻系統(tǒng)設(shè)計1主要芯片完勝利能

本設(shè)備采納超外差時分雙工方式來完成設(shè)計,在符合WiMAX標準的射頻套片推出之前，勝利選用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。中頻頻率固定為380MHz，射頻頻率在5.725~5.850GHz頻段內(nèi)可選。

1.1SE7051L10

SE7051L10主要完勝利能為：

①在放射時隙內(nèi)完成I、Q基帶信號上變頻為380MHz的固定中頻信號;

②在接收時隙內(nèi)完成接收的380MHz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380MHz;RF本振頻率可選，以便系統(tǒng)工作在期望的工作信道內(nèi);

④在放射和接收通道，均內(nèi)置可變增益放大器，同時Tx通道具有18dB的增益掌握范圍(步進6dB)，和50dBTX增益掌握范圍(步進1dB)，Rx通道具有50dB的自動增益掌握范圍。

1.2TRF2436

TRF2436完勝利能為：

①在放射時隙內(nèi)完成380MHz的固定中頻信號上變頻到所需的RF信道頻率;②在接收時隙內(nèi)完成接收的RF信號放大并下變頻為380MHz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)掌握的功率放大器;④內(nèi)置射頻本振倍頻器。

2總體設(shè)計

由于SE7051L10與TRF2432非同一公司套片,需重新設(shè)計，主要從以下幾點考慮。

中頻芯片SE7051L10產(chǎn)生射頻本振，其合成頻率范圍2850~3350MHz，若系統(tǒng)選用低本振，要求最低頻率為2672.5MHz，SE7051L10無法滿意該要求，系統(tǒng)只能選用高本振，高本振要求頻率為3052~3115MHz;選用高本振將導致中頻及基帶頻譜鏡像，對點對點系統(tǒng)而言，由于接收下變頻將放射的上變頻導致的頻譜鏡像翻轉(zhuǎn)，系統(tǒng)會不留痕跡進行解調(diào);但作為CPE設(shè)備，無法與標準基站對聯(lián)，采納基帶I、Q信號顛倒連接，奇妙地解決選用高本振導致的頻譜翻轉(zhuǎn)，與標準信號源對聯(lián)，系統(tǒng)工作正常。

SE7051L10的收發(fā)中頻為各自的差分輸入輸出，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)切換掌握信號，將SE7051L10的收發(fā)中頻各自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WiMAXCPE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，通過動態(tài)調(diào)整不同CPE設(shè)備的放射功率;因此要求WiMAXCPE設(shè)備放射通道具有超過50dB的ALC掌握范圍;雖然SE7051L10內(nèi)置步徑1dB的50dB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，放射通道沒有提高系統(tǒng)動態(tài)的數(shù)控衰減器;為增大系統(tǒng)放射動態(tài),在TRF2436的射頻濾波器后增加一片步徑4dB總衰減28dB數(shù)控衰減器。

重新設(shè)計SE7051L10射頻本振的環(huán)路濾波器,優(yōu)化射頻本振的相位噪聲，從而改善放射及接收系統(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0dBm。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，通過一單片放大器將SE7051L10輸出本振放大到0dBm，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)通道的預算，合理地完勝利放及低噪放設(shè)計。

3系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)采納時分雙工工作方式，當基帶掌握的收發(fā)開關(guān)信號為高電平常，系統(tǒng)工作在發(fā)時隙，基帶送出的I、Q信號經(jīng)調(diào)制、上變頻、功率放大和中頻、射頻濾波后經(jīng)開關(guān)由天線放射至接收端;在接收端，基帶掌握的收發(fā)開關(guān)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(guān)、低噪放、下變頻、相應(yīng)射頻、中頻濾波，解調(diào)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(shù)指標的實現(xiàn)與指標安排

4.1放射功率的實現(xiàn)

由于系統(tǒng)的基帶采納OFDM調(diào)制技術(shù)，OFDM是無線通信系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵技術(shù)，是一種多載波傳輸技術(shù)。多載波傳輸技術(shù)相對于單載波傳輸技術(shù)而言有許多優(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(shù)的一個主要缺點就是具有很高的峰均功率比(PAPR)，高的峰值簡單引起非線性失真;同時，由于系統(tǒng)采納較高的64QAM等調(diào)制方式，對系統(tǒng)的線性要求較高，針對以上問題，在設(shè)計及選用器件時，為保證系統(tǒng)工作在線性區(qū)域，全部器件均要求在其P1dB回退10dB工作。

功放設(shè)計的難點主要是末級功放的設(shè)計，本系統(tǒng)末級功放選用SIRENZA公司生產(chǎn)的SZA5044，其輸出P1dB為29dBm，功率回退10dB，其輸出線性功率為19dBm，功放末級有一無源收發(fā)開關(guān)、抑制諧波重量的低通濾波器及MCX插座，其插入損耗總和為1.6dB，在插座輸出口輸出的線性功率為17.4dBm，滿意設(shè)備技術(shù)指標要求;同時，SZA5044的增益為28dB，為保證設(shè)備技術(shù)指標16dBm功率輸出，SZA5044輸入功率要求-9dBm，功放前級的射頻開關(guān)、數(shù)控衰減器及濾波器的插入損耗總和為4.4dB，要求TRF2436的線性功率輸出-4.6dBm,TRF2436其輸出P1dB為22dBm，線性功率輸出12dBm，滿意技術(shù)指標要求。

4.2放射通道ALC的實現(xiàn)

由于系統(tǒng)針對點對多點設(shè)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)掌握用戶端上行的放射功率;為保證有足夠的動態(tài)，以適應(yīng)衰落的影響，指標規(guī)定用戶端的ALC掌握范圍大于50dB，步徑1dB。

本系統(tǒng)的ALC由SE7051L10供應(yīng)30dBALC掌握范圍，步徑1dB;同時，數(shù)控衰減器供應(yīng)28dB的ALC掌握范圍，步徑4dB，在實際應(yīng)用中，實際測試一ALC掌握表格，按實際衰減量從小到大排列，步徑1dB，通過安捷侖公司的89601軟件實際測量放射功率電平，同時保證在50dB的動態(tài)范圍內(nèi)，放射的相對矢量誤差小于-31dB。在正常工作時，基帶軟件依據(jù)當前ALC掌握信號所在掌握表格的位置和基站測量的功率誤差，動態(tài)調(diào)整用戶端放射功率,保證系統(tǒng)正常工作。

4.3放射機EVM指標實現(xiàn)

放射機相對矢量誤差是衡量放射機綜合技術(shù)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(shù)指標和系統(tǒng)頻偏等打算。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掌握;幅度平衡可通過運算放大器的增益掌握電阻來調(diào)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(nèi)部，無法