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

　　4 主要技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)與指標(biāo)分配

　　4.1 發(fā)射功率的實(shí)現(xiàn)

　　由于系統(tǒng)的基帶采用OFDM 調(diào)制技術(shù)，OFDM是無(wú)線通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)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(duì)于單載波傳輸技術(shù)而言有很多優(yōu)點(diǎn)，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(gè)主要缺點(diǎn)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(shí)，由于系統(tǒng)采用較高的64QAM 等調(diào)制方式，對(duì)系統(tǒng)的線性要求較高，針對(duì)以上問(wèn)題，在設(shè)計(jì)及選用器件時(shí)，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(jì)的難點(diǎn)主要是末級(jí)功放的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)末級(jí)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(jí)有一無(wú)源收發(fā)開(kāi)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(shí)，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(jí)的射頻開(kāi)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(shí)現(xiàn)

　　由于系統(tǒng)針對(duì)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)設(shè)計(jì)，基站的AGC 不能工作，基站的接收增益相對(duì)固定，為保證系統(tǒng)正常通信，基站端通過(guò)測(cè)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(jì)算出功率誤差，送至用戶端，通過(guò)軟件開(kāi)環(huán)控制用戶端上行的發(fā)射功率；為保證有足夠的動(dòng)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(shí)，數(shù)控衰減器提供28 dB 的ALC 控制范圍，步徑4 dB，在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)際測(cè)試一ALC 控制表格，按實(shí)際衰減量從小到大排列，步徑1 dB，通過(guò)安捷侖公司的89601 軟件實(shí)際測(cè)量發(fā)射功率電平，同時(shí)保證在50 dB 的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，發(fā)射的相對(duì)矢量誤差小于- 31 dB。在正常工作時(shí)，基帶軟件根據(jù)當(dāng)前ALC 控制信號(hào)所在控制表格的位置和基站測(cè)量的功率誤差，動(dòng)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(shí)現(xiàn)

　　發(fā)射機(jī)相對(duì)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(duì)本射頻系統(tǒng)而言，I、Q 的正交誤差主要通過(guò)PCB 板I、Q 信號(hào)走線嚴(yán)格等長(zhǎng)來(lái)控制；幅度平衡可通過(guò)運(yùn)算放大器的增益控制電阻來(lái)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(wú)法控制； 發(fā)射EVM 主要由本地振蕩器的相位噪聲決定，通過(guò)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(shí)，其相對(duì)矢量誤差達(dá)到- 34. 5 dB； 對(duì)本系統(tǒng)而言，功放的合理設(shè)計(jì)決定了發(fā)射機(jī)相對(duì)矢量誤差。

　　如前所述，本系統(tǒng)選用的末級(jí)功放，在輸出功率為16 dBm 時(shí)，其相對(duì)矢量誤差為2% ( - 34 dB) ，通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)的相對(duì)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(jì)

　　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(duì)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(jì)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(duì)64QAM- 3/ 4 而言，其歸一化信噪比要求為24. 4 dB。通過(guò)計(jì)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(jì)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(lái)完成低噪聲放大器設(shè)計(jì)，增益50 dB，考慮接插件、開(kāi)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(gè)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(jì)94 dB。

　　5 設(shè)備特點(diǎn)

　　該設(shè)備具有如下特點(diǎn):

　?、俚统杀?。由于選用的是高集成，大批量的通信集成塊完成設(shè)計(jì)，大批量生產(chǎn)時(shí)，整機(jī)成本幾十美元；② 高性能。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試時(shí)，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(jiǎn)單。由于系統(tǒng)選用TDD 模式工作，無(wú)須過(guò)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(cuò)，幾乎為免調(diào)試產(chǎn)品。整機(jī)重量輕，安裝方便； 維修時(shí)能迅速定位故障點(diǎn)。

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　該設(shè)計(jì)于2007 年8 月向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)發(fā)明專利，已審?fù)ㄟ^(guò)，專利號(hào)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試，兩點(diǎn)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(cè)試均符合WiMAX 標(biāo)準(zhǔn)要求； 同時(shí)雙向傳輸電影圖像無(wú)失真、聲音清晰，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。