解決固定WiMAX設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

如圖1所示，SiGe半導(dǎo)體公司的2.5和3.5GHz射頻解決方案是固定WiMAX工作模式的理想選擇。這是一種兩片超外差射頻（superheterodyne）芯片的解決方案，其中一片超外差芯片具有兩個(gè)頻率轉(zhuǎn)換和外部中頻（IF）濾波功能。這種架構(gòu)提供了可能是最好的RF性能，代價(jià)則是尺寸較大（由于需要外部濾波器），故成本也稍為高一點(diǎn)。

SE7251L和SE7351這兩款RF IC都是低噪聲高線性度的前端收發(fā)器，分別支持2.3至2.7GHz和3.3至3.8GHz 的頻帶范圍。其接收器提供從RF到200至600MHz中頻的低噪降頻功能，在降頻之前可提供40dB的增益控制來優(yōu)化噪聲和線性度。這一增益控制在可變?cè)鲆鍸NA與3位數(shù)字衰減器之間以4dB步進(jìn)被劃分開。LNA和混頻器之間的片外濾波器可作圖像抑制之用。IF輸出具有片外匹配網(wǎng)絡(luò)，可供靈活的頻率規(guī)劃和聲表面波（SAW）濾波器選擇。發(fā)射器從200至600MHz的IF升頻到RF。升頻混頻器輸出信號(hào)被輸出到片外，從而在最終的放大之前進(jìn)行圖像頻帶和LO抑制。發(fā)射衰減器具有一個(gè)5dB分辨率的3位數(shù)字接口，總范圍為25dB。

SE7051L IF收發(fā)器是高集成度的低噪高線性度收發(fā)器，包含有RF（2850至3250MHz）和IF（200至600MHz）合成器，常用于2.5和3.5GHz設(shè)計(jì)中。

其接收器把200至600MHz頻率的信號(hào)降頻轉(zhuǎn)換為基帶IQ輸出或IF輸出。這種高線性度輸出為ADC接口提供了出色的互調(diào)性能和驅(qū)動(dòng)能力。此外，它還具有高速數(shù)字VGA，可提供1dB分辨率的50dB增益控制范圍。在發(fā)射方面，基帶IQ輸入信號(hào)升頻轉(zhuǎn)換到200與600MHz間的IF輸出頻率。此外，發(fā)射器可以配置成能夠進(jìn)行IF 輸入信號(hào)的單邊帶（sideband）升頻轉(zhuǎn)換。

發(fā)射器的總增益控制范圍為68dB，分辨率為1dB，分布在調(diào)制器和VGA之間。VGA具有50dB范圍；而調(diào)制器則提供了18dB的范圍，分辨率很低（6dB）。該可變?cè)鲆嬲{(diào)制器能夠接收范圍很廣的輸入電壓，故基帶 DAC 的選擇相當(dāng)靈活。雙合成器提供極低的相位噪聲本振（LO），適合于高階數(shù)字射頻調(diào)制。

如上所述，超外差射頻可以提供卓越的RF性能。接收器帶有外接SAW濾波器，具有出色的鄰信道抑制（adjacent channel rejection）性能，可滿足阻斷要求。對(duì)發(fā)射器來說，SAW濾波器使得發(fā)射頻帶非常干凈，DAC圖像及其它雜散信號(hào)被完全過濾掉。不過，這種性能是有代價(jià)的。首先，SAW濾波器具有固定的帶寬。因此難以實(shí)時(shí)改變信道帶寬 （不同濾波器必須被轉(zhuǎn)換到不同信道帶寬路徑）。但對(duì)于固定WiMAX而言，由于固定WiMAX對(duì)移動(dòng)性幾乎沒有什么要求，用戶不會(huì)在基站之間漫游，而帶寬通常在部署時(shí)就被固定下來，所以這一點(diǎn)不是太重要。另一個(gè)考慮則是SAW濾波器的尺寸相當(dāng)大，可能導(dǎo)致通帶紋波，不過正確的RF設(shè)計(jì)是可以緩解這一問題的。

SE7051具有完全集成的合成器，可用在大多數(shù)應(yīng)用中，能夠產(chǎn)生IF和RF LO信號(hào)。想獲得極高的性能，可以選用一個(gè)外部壓控振蕩器（VCO），如圖1所示。一般來說，采用外部 VCO可使調(diào)諧范圍更廣，而且由于其相位噪聲較低，故能夠把EVM提高1dB左右。

雖然圖1并沒有顯示，但 VCTCXO是最常用作為參考頻率的。AFC在基帶收發(fā)器的模擬控制下進(jìn)行。要滿足固定WiMAX的規(guī)范，需要一個(gè)調(diào)諧大于±10ppm的VCTCXO。作為整個(gè)射頻的主頻參考，其相位噪聲對(duì)總體性能也有著至關(guān)重要的影響。所有應(yīng)用都需要VCTCXO，除非是由基帶芯片組來實(shí)現(xiàn)數(shù)字AFC。

SiGe半導(dǎo)體的射頻解決方案支持時(shí)分雙工（TDD）和半頻分雙工（HFDD）工作模式。在HFDD模式下，專用的頻率控制寄存器與Tx啟動(dòng)引腳連接在一起。其中一個(gè)寄存器在TxEN為高電平時(shí)使用；另一個(gè)則在TxEN為低時(shí)使用，這樣，頻率改變時(shí)不用寫入串行接口，因此串行接口的流量被減至最小。對(duì)HFDD工作模式，OFDM 標(biāo)準(zhǔn)要求Rx與Tx之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs，SE7051L輕而易舉就可以滿足這項(xiàng)要求了。

最后一個(gè)需要討論的問題是基帶接口。SE7051L允許使用IF或IQ（零IF）模擬接口來支持多個(gè)基帶產(chǎn)品。許多基帶芯片組都使用一個(gè)IQ接口，因?yàn)樗梢院喕鶐гO(shè)計(jì)。

不過，使用IQ接口有一個(gè)重大的RF缺陷，那就是IQ平衡。I和Q信號(hào)路徑之間的任何幅值或相位失衡都會(huì)產(chǎn)生IQ圖像。這種圖像將直接疊加在有用信號(hào)上，降低了EVM性能（對(duì)接收和發(fā)射鏈路皆然）。IQ失衡發(fā)生在IQ 調(diào)制器或解調(diào)器中，甚至可能發(fā)生在基帶與 RF收發(fā)器之間的互連中。由于這種失衡與溫度有關(guān)，IQ接口極可能需要校準(zhǔn)，以確保不同工藝和溫度上的EVM都良好。

相反地，基于IF的接口就不存在這種問題，所以是超外差射頻的首選。使用IF接口時(shí)，圖像落在帶外，并可被SAW濾波器過濾掉。

移動(dòng)WiMAX概述

移動(dòng)WiMAX基于802.16e標(biāo)準(zhǔn)，主要面向下一代寬帶網(wǎng)。雖然移動(dòng)WiMAX還是一個(gè)處于發(fā)展中的標(biāo)準(zhǔn)，但WiMAX Forum已經(jīng)順利地定義了將要實(shí)施的主要功能，而且在系統(tǒng)文檔對(duì)所有這些功能作了描述。該系統(tǒng)文檔采納了802.16e標(biāo)準(zhǔn)中的許多選項(xiàng)功能，并定義了哪些功能將被實(shí)施。

移動(dòng)WiMAX標(biāo)準(zhǔn)中有許多明顯不同于固定WiMAX的地方。其中一個(gè)顯著的差別是：采用移動(dòng) WiMAX時(shí)，快速傅立葉變換采樣數(shù)（FFT size）隨帶寬成比例伸縮（因此移動(dòng)WiMAX有時(shí)也稱為可伸縮OFDM）。由于具有這種伸縮性，對(duì)移動(dòng)WiMAX來說，副載波間隔及符號(hào)時(shí)間幾乎不依賴于信道帶寬；但對(duì)固定WiMAX來說，則隨信道帶寬的變化很顯著。

二者最顯著的差別是接入技術(shù)本身。固定WiMAX基于OFDM；而移動(dòng)WiMAX則基于OFDMA，后者給每個(gè)用戶都分配了一個(gè)收發(fā)時(shí)間片。例如，一個(gè)固定WiMAX傳輸通常要占用所有可用的副載波。在移動(dòng)WiMAX中，一個(gè)用戶一般只用到可用副載波的一個(gè)子集，而且是在一個(gè)預(yù)先指定的時(shí)間使用這些副載波。OFDMA允許靈活地分配資源，從而優(yōu)化對(duì)可用帶寬的利用。