5. 8GHz WiMAX寬帶無線通信射頻系統(tǒng)設(shè)計

　　4 主要技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn)與指標(biāo)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(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(shù)的一個主要缺點就是具有很高的峰均功率比( PAPR) ，高的峰值容易引起非線性失真； 同時，由于系統(tǒng)采用較高的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，所有器件均要求在其P1 dB 回退10 dB 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(guān)、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(shè)備技術(shù)指標(biāo)要求； 同時，SZA5044的增益為28 dB，為保證設(shè)備技術(shù)指標(biāo)16 dBm 功率輸出，SZA5044 輸入功率要求- 9 dBm，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. 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(shù)指標(biāo)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(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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)衰落的影響，指標(biāo)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(yīng)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(nèi)，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(dāng)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(diào)整用戶端發(fā)射功率,保證系統(tǒng)正常工作。

　　4.3 發(fā)射機(jī)EVM指標(biāo)實現(xiàn)

　　發(fā)射機(jī)相對矢量誤差是衡量發(fā)射機(jī)綜合技術(shù)指標(biāo)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(biāo)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(yán)格等長來控制；幅度平衡可通過運(yùn)算放大器的增益控制電阻來調(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(biāo)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(dá)到- 34. 5 dB； 對本系統(tǒng)而言，功放的合理設(shè)計決定了發(fā)射機(jī)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(shù)指標(biāo)要求。

　　4.4 接收靈敏度及接收AGC設(shè)計

　　接收機(jī)靈敏度是反應(yīng)接收系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)之一，對802. 16d 系統(tǒng)而言，接收機(jī)的靈敏度在系統(tǒng)誤碼率不小于10- 6情況下，應(yīng)按如下公式計算( 假定有5 dB 的余量和7 dB 的噪聲系數(shù)NF) ，R ss =- 10+ SNRrx + 10Log ( ( Fs * 200 ) / 256) 。采用3. 5 MHz帶寬，這里的Fs = 3. 5* 8/ 7，SNRrx 為系統(tǒng)解調(diào)歸一化信噪比，對64QAM- 3/ 4 而言，其歸一化信噪比要求為24. 4 dB。通過計算，其接收機(jī)靈敏度為- 72. 6 dBm。從以上公式可以看出，合理設(shè)計低噪聲放大器，減低系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，可以提高系統(tǒng)的接收機(jī)靈敏度指標(biāo)； 本射頻系統(tǒng)的低噪聲放大器選用安捷侖公司生產(chǎn)的MGA71543 和MGA72543 來完成低噪聲放大器設(shè)計，增益50 dB，考慮接插件、開關(guān)及濾波器的插入損耗，系統(tǒng)噪聲系數(shù)4 dB，比公式7 dB噪聲系數(shù)改善3 dB，相應(yīng)提高接收機(jī)靈敏度3 dB，優(yōu)于該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

　　整個系統(tǒng)提供的接收機(jī)AGC 控制范圍為90 dB，其中中頻增益控制范圍為50 dB ，TRF2436 增益控制范圍為16 dB，數(shù)控衰減器28 dB，總計94 dB。

　　5 設(shè)備特點

　　該設(shè)備具有如下特點:

　?、俚统杀尽Ｓ捎谶x用的是高集成，大批量的通信集成塊完成設(shè)計，大批量生產(chǎn)時，整機(jī)成本幾十美元；② 高性能。點對點測試時，信道帶寬3. 5 MHz接收機(jī)靈敏度- 75 dBm ( 64QAM - 3/ 4 ) ，優(yōu)于802. 16d協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)2 dB；③結(jié)構(gòu)簡單。由于系統(tǒng)選用TDD 模式工作，無須過分考慮收發(fā)隔離，整機(jī)收發(fā)在同一塊PCB 板上完成，收發(fā)之間不需要增加屏蔽盒； 也不須增加改善收發(fā)隔離的雙工器； ④ 調(diào)試、安裝、維修方便。由于選用的器件均為內(nèi)匹配的器件，一致性好，只要器件安裝正確，工藝不出差錯，幾乎為免調(diào)試產(chǎn)品。整機(jī)重量輕，安裝方便； 維修時能迅速定位故障點。

　　6 結(jié)束語

　　該設(shè)計于2007 年8 月向國家知識產(chǎn)權(quán)局申請發(fā)明專利，已審?fù)ㄟ^，專利號200710023309. 2。由該設(shè)備組成的系統(tǒng)，在安徽省電力通信公司、合肥供電局傳輸變壓器工作狀態(tài)數(shù)據(jù)和KP 所工作狀態(tài)數(shù)據(jù)； 系統(tǒng)采用點對點測試，兩點之間在部分遮擋通信距離5 km 情況下，進(jìn)行上下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸，其流量及Ping 包測試均符合WiMAX 標(biāo)準(zhǔn)要求； 同時雙向傳輸電影圖像無失真、聲音清晰，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。