WiMAX CPE 收發(fā)器之基站應(yīng)用

與分立設(shè)計(jì)相比，單芯片WiMAX收發(fā)器能夠顯著節(jié)省成本和空間，但一直以來(lái)，嚴(yán)格的發(fā)射性能要求使其無(wú)法用于基站設(shè)計(jì)。最近，一些新型器件極大地改善了發(fā)射信噪比(SNR)性能，因而適合從毫微微蜂窩到微蜂窩的各類應(yīng)用。

基站蜂窩類型和典型要求
根據(jù)最大輸出功率和覆蓋范圍，無(wú)線行業(yè)將基站分為若干寬泛、重疊的類別，如表1所示。下面的設(shè)計(jì)示例將使用功率輸出估計(jì)值。價(jià)格和設(shè)備尺寸對(duì)于所有類型的蜂窩都非常重要。對(duì)于毫微微蜂窩基站，只有低成本和小尺寸型才能在市場(chǎng)上生存；對(duì)于微微蜂窩和宏蜂窩基站，如果其價(jià)格和尺寸優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品，將擁有獨(dú)特的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。單芯片收發(fā)器有助于降低價(jià)格和減小尺寸，但只有當(dāng)基站滿足其性能要求時(shí)，這些優(yōu)勢(shì)才能顯現(xiàn)出來(lái)。

發(fā)射信號(hào)鏈架構(gòu)
圖1所示為一個(gè)用于無(wú)線通信的典型直接上變頻發(fā)射信號(hào)路徑的簡(jiǎn)化框圖，其中的虛框部分最近已被集成到WiMAX CPE收發(fā)器中。基站發(fā)射機(jī)，特別是那些設(shè)計(jì)用于較大小區(qū)的發(fā)射機(jī)，通常使用分立器件來(lái)實(shí)現(xiàn)高線性度和低噪聲。

圖1 發(fā)射信號(hào)鏈框圖

然而，如圖1所示，單芯片收發(fā)器具有明顯的成本和空間優(yōu)勢(shì)。這些CPE收發(fā)器將多個(gè)功能模塊，包括數(shù)字接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、模擬濾波器、增益級(jí)、混頻器和前置驅(qū)動(dòng)器等，組合構(gòu)成一個(gè)混合信號(hào)集成電路。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字接口的集成使得基帶處理器(BBP)可以是純數(shù)字式，從而能夠利用先進(jìn)的細(xì)線CMOS工藝來(lái)降低成本、功耗和縮減尺寸。有些集成收發(fā)器還整合兩個(gè)直接下變頻接收機(jī)，使總體空間和成本進(jìn)一步縮小降低。

發(fā)射功率和噪聲
對(duì)于特定應(yīng)用，將收發(fā)器與分立設(shè)計(jì)相比較時(shí)，發(fā)射機(jī)噪聲是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，但噪聲只是一方面考慮。噪聲必須相對(duì)于特定輸出功率進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)樗璧腜A增益由收發(fā)器輸出功率決定。例如，如果收發(fā)器B的噪聲比收發(fā)器A低幾dB，但要求多幾dB的增益才能實(shí)現(xiàn)同樣的輸出功率，則收發(fā)器B的額外增益將導(dǎo)致系統(tǒng)噪聲更高。當(dāng)考慮絕對(duì)輻射限制時(shí)，如以下設(shè)計(jì)示例所述的情況，噪聲與增益的關(guān)系尤其重要。表2通過(guò)一個(gè)定量示例顯示了這一關(guān)系。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)射噪聲與頻率偏移的關(guān)系圖會(huì)有幫助。法定雜散輻射限制轉(zhuǎn)換為dBm/MHz后，便可快速判斷一個(gè)收發(fā)器是否適合給定的應(yīng)用。圖2為一個(gè)多路輸入、單路輸出(MISO) WiMAX/WiBRO RF收發(fā)器在2500MHz載波頻率和10MHz信號(hào)帶寬下的關(guān)系圖。注意，頻率偏移為1MHz積分帶寬的中心頻率。因此，如果中心頻率為5.5MHz，則積分帶寬的邊緣頻率為5MHz。5MHz是10MHz帶寬目標(biāo)信號(hào)的信道邊緣。

圖2 發(fā)射噪聲與積分帶寬偏移的關(guān)系

雖然10MHz信道內(nèi)功率輸出為-3dBm，但信道內(nèi)輻射為-13dBm，如圖2所示，因?yàn)闇y(cè)量是在1MHz范圍積分的結(jié)果，而不是整個(gè)10MHz信道。在圖2中，頻段邊緣處的極陡滾降是由片內(nèi)插值數(shù)字濾波器引起的。將這些功能集成到收發(fā)器芯片中可以減輕BBP的負(fù)擔(dān)，BBP與收發(fā)器之間的數(shù)據(jù)速率因?yàn)?倍插值而減半。