WiMAX射频系统设计方案

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        固定WiMAX 标准基于正交频分复用( OFDM) 技术,使用256 个副载波; 该标准支持1. 75~ 28 MHz范围内的多个信道带宽,同时支持多种不同的调制方案,包括BPSK、QPSK、16QAM 和64QAM。

  1 主要芯片完成功能

  本设备采用超外差时分双工方式来完成设计,在符合WiMAX 标准的射频套片推出之前,成功选用SIGE 公司生产的中频芯片SE7051L10 和Texasinstruments 公司生产的射频芯片TRF2436 来完成设计。中频频率固定为380 MHz,射频频率在5. 725~5. 850 GHz频段内可选。

  1.1 SE7051L10

  SE7051L10 主要完成功能为:

  ①在发射时隙内完成I、Q 基带信号上变频为380MHz 的固定中频信号;

  ②在接收时隙内完成接收的380 MHz 的固定中频信号下变频为零中频的I、Q 基带信号;

  ③完成合成IF 和RF 所需的LO 功能; 其中中频LO 频率为固定的380 MHz; RF 本振频率可选,以便系统工作在期望的工作信道内;

  ④在发射和接收通道,均内置可变增益放大器,同时Tx 通道具有18 dB 的增益控制范围( 步进6 dB) ,和50 dB TX 增益控制范围( 步进1 dB) ,Rx 通道具有50 dB 的自动增益控制范围。

  1.2 TRF2436

  TRF2436 完成功能为:

  ①在发射时隙内完成380 MHz 的固定中频信号上变频到所需的RF 信道频率;②在接收时隙内完成接收的RF 信号放大并下变频为380 MHz 的固定中频信号;③片内内置收发开关、低噪声放大器及开关控制的功率放大器;④ 内置射频本振倍频器。

  2 总体设计

  由于SE7051L10 与TRF2432 非同一公司套片,需重新设计,主要从以下几点考虑。

  中频芯片SE7051L10 产生射频本振,其合成频率范围2 850~ 3 350MHz,若系统选用低本振,要求最低频率为2 672. 5MHz,SE7051L10 无法满足该要求,系统只能选用高本振,高本振要求频率为3 052~ 3 115MHz;选用高本振将导致中频及基带频谱镜像,对点对点系统而言,由于接收下变频将发射的上变频导致的频谱镜像翻转,系统会不留痕迹进行解调;但作为CPE 设备,无法与标准基站对联,采用基带I、Q 信号颠倒连接,巧妙地解决选用高本振导致的频谱翻转,与标准信号源对联,系统工作正常。

  SE7051L10 的收发中频为各自独立的差分输入输出,而TRF2436 收发中频为共用的差分输入输出,为解决此问题,选用2 只单端双掷开关,通过收发切换控制信号,将SE7051L10 的收发中频各自独立的差分输入输出切换至TRF2436 要求共用的中频差分输入输出,效果良好。

  作为WiMAX CPE 设备,基站为适应不同用户端设备要求,其系统接收增益固定,不具备AGC 功能,为保证接收信号幅度恒定,通过动态调整不同CPE设备的发射功率; 因此要求WiMAX CPE 设备发射通道具有超过50 dB 的ALC 控制范围; 虽然SE7051L10内置步径1 dB 的50 dB 衰减器,但中频衰减过大,将影响中频信号的信噪比,从而影响系统性能; 而TRF2436 是针对802. 11系统开发的,发射通道没有提高系统动态的数控衰减器; 为增大系统发射动态,在TRF2436 的射频滤波器后增加一片步径4 dB 总衰减28 dB 数控衰减器。

  重新设计SE7051L10 射频本振的环路滤波器,优化射频本振的相位噪声,从而改善发射及接收系统的信号相对矢量误差。

  TRF2436 的本振要求100Ω差分输入,本振功率电平0 dBm。通过增加此频段工作的平衡- 不平衡变换的巴仑集成块来解决,巴仑集成块平衡输出阻抗为200Ω差分输出,阻抗不匹配通过四分之一波长阻抗变换器来解决;同时,通过一单片放大器将 SE7051L10 输出本振放大到0 dBm,单片放大器也有利于提高本振的输入输出隔离度。

  通过收发通道的预算,合理地完成功放及低噪放设计。

  3 系统工作流程

  系统采用时分双工工作方式,当基带控制的收发开关信号为高电平时,系统工作在发时隙,基带送出的I、Q 信号经调制、上变频、功率放大和中频、射频滤波后经开关由天线发射至接收端;在接收端,基带控制的收发开关信号此时为低高电平,系统工作在收时隙,接收的射频信号经开关、低噪放、下变频、相应射频、中频滤波,解调出I、Q 基带信号送至基带信号处理单元。

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