基于OFDM的WiMAX RF系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于ofdm的wimax rf系統(tǒng)設(shè)計(jì) 固定wimax標(biāo)準(zhǔn)基于正交頻分復(fù)用(ofdm) 技術(shù)，用法256個(gè)副載波; 該標(biāo)準(zhǔn)支持1.75 28 mhz范圍內(nèi)的多個(gè)信道帶寬，同時(shí)支持多種不同的調(diào)制計(jì)劃，包括bpsk、qpsk、16qam 和64qam。 1 主要芯片完勝利能本設(shè)備采納超外差時(shí)分雙工方式來完成設(shè)計(jì),在符合wimax 標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)。中頻頻率固定為380 mhz，射頻頻率在 5. 7255. 850 ghz頻段內(nèi)可選。1.1 se7051l10

2、se7051l10 主要完勝利能為：在放射時(shí)隙內(nèi)完成i、q 基帶信號(hào)上變頻為380mhz 的固定中頻信號(hào);在接收時(shí)隙內(nèi)完成接收的380 mhz 的固定中頻信號(hào)下變頻為零中頻的i、q 基帶信號(hào);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(nèi);在放射和接收通道，均內(nèi)置可變?cè)鲆?，同時(shí)tx 通道具有18 db 的增益控制范圍( 步進(jìn)6 db) ，和50 db tx 增益控制范圍( 步進(jìn)1 db) ，rx 通道具有50 db 的自動(dòng)增益控制范圍。1.2 trf2436trf2436 完勝利能為：在放射時(shí)隙內(nèi)完成38

3、0 mhz 的固定中頻信號(hào)上變頻到所需的rf 信道頻率;在接收時(shí)隙內(nèi)完成接收的rf 信號(hào)放大并下變頻為380 mhz 的固定中頻信號(hào);片內(nèi)內(nèi)置收發(fā)開關(guān)、低噪聲放大器及開關(guān)控制的; 內(nèi)置射頻本振倍頻器。2 總體設(shè)計(jì)因?yàn)閟e7051l10 與trf2432 非同一公司套片,需重新設(shè)計(jì)，主要從以下幾點(diǎn)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(dǎo)致中頻及基帶頻譜鏡像，對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)而言，

4、因?yàn)榻邮障伦冾l將放射的上變頻導(dǎo)致的頻譜鏡像翻轉(zhuǎn)，系統(tǒng)會(huì)不留痕跡舉行解調(diào)。但作為cpe 設(shè)備，無法與標(biāo)準(zhǔn)基站對(duì)聯(lián)，采納基帶i、q信號(hào)顛倒銜接，巧妙地解決選用高本振導(dǎo)致的頻譜翻轉(zhuǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源對(duì)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(guān)，通過收發(fā)切換控制信號(hào)，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(shè)備，基站為適應(yīng)不同用戶端設(shè)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(hào)幅度恒

5、定，通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)不同cpe設(shè)備的放射功率。因此要求wimax cpe設(shè)備放射通道具有超過50 db的alc控制范圍; 雖然se7051l10內(nèi)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(hào)的信噪比，從而影響系統(tǒng)性能。而trf2436是針對(duì)802. 11系統(tǒng)開發(fā)的，放射通道沒有提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的數(shù)控衰減器; 為增大系統(tǒng)放射動(dòng)態(tài),在trf2436的射頻后增強(qiáng)一片步徑4 db總衰減28 db數(shù)控衰減器。重新設(shè)計(jì)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(shí)放射及接收系統(tǒng)的信號(hào)相對(duì)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(qiáng)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(zhǎng)阻抗變換器來解決。同時(shí)，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(yù)算，合理地完勝利放及低噪放設(shè)計(jì)。3 系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)采納時(shí)分雙工工作方式，當(dāng)基帶控制的收發(fā)開關(guān)信號(hào)為高電平常，系統(tǒng)工作在發(fā)時(shí)隙，基帶送出的i、q 信號(hào)經(jīng)調(diào)制、上變頻、功率放大和中頻、射頻濾波后經(jīng)開關(guān)由天線放射至接收端。在接收端，基帶控制的收發(fā)開關(guān)信號(hào)此時(shí)為低高電平，系統(tǒng)工作在收時(shí)隙，接收的射頻信號(hào)經(jīng)開關(guān)、低噪放、下變頻、相應(yīng)射

7、頻、中頻濾波，解調(diào)出i、q 基帶信號(hào)送至基帶信號(hào)處理單元。4 主要技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)與指標(biāo)分配4.1 放射功率的實(shí)現(xiàn)因?yàn)橄到y(tǒng)的基帶采納ofdm 調(diào)制技術(shù)，ofdm是無線通信系統(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)而言有無數(shù)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挑選衰落。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) ，高的峰值簡(jiǎn)單引起非線性失真。同時(shí)，因?yàn)橄到y(tǒng)采納較高的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，全部器件均要求在其p1 db回退10 db工作。功放設(shè)計(jì)的

8、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)有一無源收發(fā)開關(guān)、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(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p

9、1 db為22 dbm，線性功率輸出12 dbm，滿足技術(shù)指標(biāo)要求。4.2 放射通道alc的實(shí)現(xiàn)因?yàn)橄到y(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(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，

10、實(shí)際測(cè)試一alc 控制表格，按實(shí)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(shí)際測(cè)量放射功率電平，同時(shí)保證在50 db 的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，放射的相對(duì)矢量誤差小于- 31 db。在正常工作時(shí)，基帶軟件按照當(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)節(jié)用戶端放射功率,保證系統(tǒng)正常工作。4.3 放射機(jī)evm指標(biāo)實(shí)現(xiàn)放射機(jī)相對(duì)矢量誤差是衡量放射機(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)頻偏等打算。針對(duì)本射頻系統(tǒng)而言，i、q 的正交誤差主要通過 板i、q 信號(hào)走線嚴(yán)格等長(zhǎng)來控制;幅度平衡可通過的增益控制來調(diào)節(jié); 因?yàn)楸旧漕l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; 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(biāo)滿足-88 dbc1 khz、-90 dbc10 khz，從而保