基于OFDM的WiMAX RF系統(tǒng)設計

1、基于ofdm的wimax rf系統(tǒng)設計 固定wimax標準基于正交頻分復用(ofdm) 技術，用法256個副載波; 該標準支持1.75 28 mhz范圍內的多個信道帶寬，同時支持多種不同的調制計劃，包括bpsk、qpsk、16qam 和64qam。 1 主要芯片完勝利能本設備采納超外差時分雙工方式來完成設計,在符合wimax 標準的套片推出之前，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 來完成設計。中頻頻率固定為380 mhz，射頻頻率在 5. 7255. 850 ghz頻段內可選。1.1 se7051l10

2、se7051l10 主要完勝利能為：在放射時隙內完成i、q 基帶信號上變頻為380mhz 的固定中頻信號;在接收時隙內完成接收的380 mhz 的固定中頻信號下變頻為零中頻的i、q 基帶信號;完成合成if 和rf 所需的lo 功能; 其中中頻lo 頻率為固定的380 mhz; rf 本振頻率可選，以便系統(tǒng)工作在期望的工作信道內;在放射和接收通道，均內置可變增益，同時tx 通道具有18 db 的增益控制范圍( 步進6 db) ，和50 db tx 增益控制范圍( 步進1 db) ，rx 通道具有50 db 的自動增益控制范圍。1.2 trf2436trf2436 完勝利能為：在放射時隙內完成38

3、0 mhz 的固定中頻信號上變頻到所需的rf 信道頻率;在接收時隙內完成接收的rf 信號放大并下變頻為380 mhz 的固定中頻信號;片內內置收發(fā)開關、低噪聲放大器及開關控制的; 內置射頻本振倍頻器。2 總體設計因為se7051l10 與trf2432 非同一公司套片,需重新設計，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2 850 3 350mhz，若系統(tǒng)選用低本振，要求最低頻率為2 672. 5mhz，se7051l10 無法滿足該要求，系統(tǒng)只能選用高本振，高本振要求頻率為3 052 3 115mhz。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，

4、因為接收下變頻將放射的上變頻導致的頻譜鏡像翻轉，系統(tǒng)會不留痕跡舉行解調。但作為cpe 設備，無法與標準基站對聯(lián)，采納基帶i、q信號顛倒銜接，巧妙地解決選用高本振導致的頻譜翻轉，與標準信號源對聯(lián)，系統(tǒng)工作正常。se7051l10 的收發(fā)中頻為各自自立的差分輸入輸出，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，通過收發(fā)切換控制信號，將se7051l10 的收發(fā)中頻各自自立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wimax cpe設備，基站為適應不同用戶端設備要求，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

5、定，通過動態(tài)調節(jié)不同cpe設備的放射功率。因此要求wimax cpe設備放射通道具有超過50 db的alc控制范圍; 雖然se7051l10內置步徑1 db 的50 db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的射頻后增強一片步徑4 db總衰減28 db數(shù)控衰減器。重新設計se7051l10 射頻本振的環(huán)路濾波器,優(yōu)化射頻本振的相位噪聲，從而充實放射及接收系統(tǒng)的信號相對矢量誤差。trf2436 的本振要求100差分輸入，本振功率電平0 dbm。通

6、過增強此頻段工作的平衡- 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200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0 dbm，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，當基帶控制的收發(fā)開關信號為高電平常，系統(tǒng)工作在發(fā)時隙，基帶送出的i、q 信號經(jīng)調制、上變頻、功率放大和中頻、射頻濾波后經(jīng)開關由天線放射至接收端。在接收端，基帶控制的收發(fā)開關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、低噪放、下變頻、相應射

7、頻、中頻濾波，解調出i、q 基帶信號送至基帶信號處理單元。4 主要技術指標的實現(xiàn)與指標分配4.1 放射功率的實現(xiàn)因為系統(tǒng)的基帶采納ofdm 調制技術，ofdm是無線通信系統(tǒng)中的一項關鍵技術，是一種多載波傳輸技術。多載波傳輸技術相對于單載波傳輸技術而言有無數(shù)優(yōu)點，例如抗多徑干擾，抗突發(fā)噪聲和有效地克服頻率挑選衰落。但ofdm 技術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，因為系統(tǒng)采納較高的64qam 等調制方式，對系統(tǒng)的線性要求較高，針對以上問題，在設計及選用器件時，為保證系統(tǒng)工作在線性區(qū)域，全部器件均要求在其p1 db回退10 db工作。功放設計的

8、難點主要是末級功放的設計，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、抑制諧波重量的及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，滿足設備技術指標要求;同時，sza5044的增益為28 db，為保證設備技術指標16 dbm 功率輸出，sza5044 輸入功率要求-9 dbm。功放前級的射頻開關、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p

9、1 db為22 dbm，線性功率輸出12 dbm，滿足技術指標要求。4.2 放射通道alc的實現(xiàn)因為系統(tǒng)針對點對多點設計，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)控制用戶端上行的放射功率;為保證有足夠的動態(tài)，以適應衰落的影響，指標規(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，在實際應用中，

10、實際測試一alc 控制表格，按實際衰減量從小到大羅列，步徑1 db，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50 db 的動態(tài)范圍內，放射的相對矢量誤差小于- 31 db。在正常工作時，基帶軟件按照當前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)調節(jié)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 板i、q 信號走線嚴格等長來控制;幅度平衡可通過的增益控制來調節(jié); 因為本射頻系統(tǒng)選用trf2436 作為二次混頻的主芯片，混頻器集成在芯片內部，無法控制; 放射evm 主要由本地的相位噪聲打算。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滿足-88 dbc1 khz、-90 dbc10 khz，從而保