WiMAX CPE 收发器之基站应用

法定限制
监管机构对特定频段内的最大输出功率、最大带外(OOB)辐射和最大信道外辐射均有限制，这些限制取决于应用所在的国家/地区以及所用的频段。本文仅关注2.4～2.7GHz范围内的FCC（美国联邦通信委员会）限制。在美国，特许执照WiMAX部署频谱为2496～2690MHz，免执照频谱为2.4GHz ISM频段（2400～2483.5MHz）。

FCC使用多种单位和方法来规定最大功率和OOB限制。下面各部分列出了针对WiMAX基站所用的多个频率范围的限制。如果限制用低于带内输出功率的衰减幅度来表示，则带内功率和杂散辐射测量所用的积分带宽必须相同。

特许执照频段
从2496～2690MHz，最大等效全向辐射功率(EIRP)频段功率输出为63dBm。基站的杂散辐射在信道边缘必须至少衰减43+10log(P)dB，其中，P为频段功率输出（单位W）。

2.4GHz免执照频段
在ISM频段，限制更严格，但最大功率输出也低得多。在2400～2483.5 MHz，点到多点(PTMP)基站的最大传导功率输出为+30dBm，最大EIRP为+36dBm。点到点(PTP)基站必须遵守相同的传导功率限制，但最大理论EIRP无限制。对于PTP基站，6 dB以上的天线定向增益每增加3dB，EIRP必须降低1dB。信道外但仍在ISM频段内的杂散辐射必须衰减到低于目标信号20 dB的水平。ISM频段外的辐射必须衰减到低于频段功率50 dB的水平，或者衰减到-41.25 dBm/MHz的水平，以衰减较小者为准。此外，使用ISM频段的运营商还必须遵守下述关于限制频段的限制。

限制频段
FCC将某些频段规定为“限制使用”频段。这些频段内的辐射只能是杂散性的，对于ISM频段的运营商，该辐射始终必须等于或小于-41.25dBm/MHz的绝对限值。影响2.4GHz ISM频段的限制频段有两个：2310～2390MHz和2483.5～2500MHz。与限制频段相邻的特许执照频段不必遵守这些限制。

设计示例
对于各种情况下的单芯片CPE收发器的定量评估，功率放大器(PA)被认为是理想的增益级。实践中，PA会增加噪声和非线性效应，但对于下面的各个示例，特别设计的PA可以确保完整发射路径的性能符合要求。各示例均使用一个10 MHz带宽内最大输出设置为-3.0 dBm的CPE收发器。

第一个示例是一个工作在ISM频段的1W点到多点微蜂窝，发射带宽为10MHz，中心频率为2417 MHz。第一个要符合的法定限制是20 dB的信道外衰减，信道内功率为-13 dBm/MHz，因此衰减限制为-33 dBm/MHz，如图3的“20dB衰减限制”所示。

图3 发射辐射与频率偏移的关系以及法定限制

图3包含来自图2的ADI公司AD9354性能曲线，以便快速比较法定限制与收发器辐射。由于AD9354信道外能量远低于-33dBm/MHz限制线，因此该收发器满足20dB衰减要求。

第二个限制是50dB或-41.25dBm/MHz的OOB衰减，以衰减较小者为准。Pout=30dBm，因此50dB是较小的衰减。目标信号带宽中心与ISM边缘的频率范围为17.5MHz(2417～2400MHz+500kHz)。从-13dBm/MHz的信道内功率衰减50dB，得到-63dBm/MHz的限制，如图3的“50dB衰减限制”所示。可以看出，AD9354的辐射远低于此限制。

最后，FCC要求2390 MHz限制频段边缘的杂散辐射衰减到-41.25dBm/MHz。频率范围为27.5MHz（2417～2390 MHz+500kHz）。由于这是一个绝对限值，因此需要考虑PA增益。为了将带内输出功率从-3dBm提升到30dBm，需要33dB的增益。将该值折合到收发器输出端，可以得到-74.25dBm/MHz的法定限制(-41.25dBm/MHz -33dB)，如图3中“-74.25dBm/MHz”线所示。

采用特许执照频段的毫微微蜂窝
在所有类型的基站中，毫微微蜂窝对成本最敏感，因此单芯片收发器必须满足这种应用的要求。表1显示，典型毫微微蜂窝基站可以提供高达20 dBm的带内输出功率。在信道边缘，杂散辐射需要降低33dB(43+ 10×log(0.1))。从-13dBm/MHz的信道内功率衰减33dB，得到-46dBm/MHz的法定限制，如图3的水平虚线所示。

采用特许执照频段的微微蜂窝
微微蜂窝涵盖的最大输出功率范围非常广，为20～30dBm。本例中，功率输出设置为27dBm，信道边缘所需的衰减为40dB(43+10×log(0.5))。从-13dBm/MHz的信道内功率衰减-40dB，得到法定限制为-53dBm/MHz，如图3中的-53dBm/MHz水平线所示。

采用特许执照频段的微蜂窝
微蜂窝一直是昂贵、大型分立式收发器设计的领地，它要求的增益和功率输出显著大于较小尺寸的蜂窝。表2所示的最高功率输出2W(33dBm)要求衰减46dB(43+10×log(2))。按照与前两例相同的逻辑进行分析，从-13dBm/MHz的信道内功率衰减46dB，得到-59dBm/MHz的法定限制。在图3中，通过比较AD9354辐射曲线与-59dBm/MHz的水平虚线可以发现，该器件有足够的裕量来满足此要求。

WiMAX CPE收发器的发射性能已大大改进，现已能够满足从微微蜂窝到微蜂窝的应用要求。与分立设计相比，除了集成发射路径所带来的成本和空间节省以外，单芯片收发器还能提供两个接收机，从而进一步节约成本和空间。