WiMAX射频系统设计方案

作为WiMAX CPE 设备，基站为适应不同用户端设备要求，其系统接收增益固定，不具备AGC 功能,为保证接收信号幅度恒定，通过动态调整不同CPE设备的发射功率; 因此要求WiMAX CPE 设备发射通道具有超过50 dB 的ALC 控制范围; 虽然SE7051L10内置步径1 dB 的50 dB 衰减器，但中频衰减过大，将影响中频信号的信噪比，从而影响系统性能; 而TRF2436 是针对802. 11系统开发的，发射通道没有提高系统动态的数控衰减器; 为增大系统发射动态,在TRF2436 的射频滤波器后增加一片步径4 dB 总衰减28 dB 数控衰减器。

重新设计SE7051L10 射频本振的环路滤波器,优化射频本振的相位噪声，从而改善发射及接收系统的信号相对矢量误差。

TRF2436 的本振要求100Ω差分输入，本振功率电平0 dBm。通过增加此频段工作的平衡- 不平衡变换的巴仑集成块来解决，巴仑集成块平衡输出阻抗为200Ω差分输出，阻抗不匹配通过四分之一波长阻抗变换器来解决;同时，通过一单片放大器将 SE7051L10 输出本振放大到0 dBm，单片放大器也有利于提高本振的输入输出隔离度。

通过收发通道的预算，合理地完成功放及低噪放设计。

3 系统工作流程

系统采用时分双工工作方式，当基带控制的收发开关信号为高电平时，系统工作在发时隙，基带送出的I、Q 信号经调制、上变频、功率放大和中频、射频滤波后经开关由天线发射至接收端;在接收端，基带控制的收发开关信号此时为低高电平，系统工作在收时隙，接收的射频信号经开关、低噪放、下变频、相应射频、中频滤波，解调出I、Q 基带信号送至基带信号处理单元。

4 主要技术指标的实现与指标分配

4.1 发射功率的实现

由于系统的基带采用OFDM 调制技术，OFDM是无线通信系统中的一项关键技术，是一种多载波传输技术。多载波传输技术相对于单载波传输技术而言有很多优点，例如抗多径干扰，抗突发噪声和有效地克服频率选择衰落。但OFDM 技术的一个主要缺点就是具有很高的峰均功率比( PAPR) ，高的峰值容易引起非线性失真; 同时，由于系统采用较高的64QAM 等调制方式，对系统的线性要求较高，针对以上问题，在设计及选用器件时，为保证系统工作在线性区域，所有器件均要求在其P1 dB 回退10 dB 工作。

功放设计的难点主要是末级功放的设计，本系统末级功放选用SIRENZA 公司生产的SZA5044，其输出P1 dB 为29 dBm，功率回退10 dB，其输出线性功率为19 dBm，功放末级有一无源收发开关、抑制谐波分量的低通滤波器及MCX 插座，其插入损耗总和为1. 6 dB，在插座输出口输出的线性功率为17. 4 dBm，满足设备技术指标要求;同时，SZA5044的增益为28 dB，为保证设备技术指标16 dBm 功率输出，SZA5044 输入功率要求- 9 dBm，功放前级的射频开关、数控衰减器及滤波器的插入损耗总和为4. 4 dB，要求TRF2436 的线性功率输出- 4. 6 dBm,TRF2436 其输出P1 dB 为22 dBm，线性功率输出12 dBm，满足技术指标要求。

4.2 发射通道ALC的实现

由于系统针对点对多点设计，基站的AGC 不能工作，基站的接收增益相对固定，为保证系统正常通信，基站端通过测试上行接收基带I、Q 的功率电平,与标准I、Q 的功率电平比较，计算出功率误差，送至用户端，通过软件开环控制用户端上行的发射功率;为保证有足够的动态，以适应衰落的影响，指标规定用户端的ALC 控制范围大于50 dB，步径1 dB。

本系统的ALC 由SE7051L10 提供30dB ALC 控制范围，步径1 dB; 同时，数控衰减器提供28 dB 的ALC 控制范围，步径4 dB，在实际应用中，实际测试一ALC 控制表格，按实际衰减量从小到大排列，步径1 dB，通过安捷仑公司的89601 软件实际测量发射功率电平，同时保证在50 dB 的动态范围内，发射的相对矢量误差小于- 31 dB。在正常工作时，基带软件根据当前ALC 控制信号所在控制表格的位置和基站测量的功率误差，动态调整用户端发射功率,保证系统正常工作。

4.3 发射机EVM指标实现

发射机相对矢量误差是衡量发射机综合技术指标之一，由基带I、Q 的正交误差、幅度平衡，本振的相位噪声，混频器和功放( PA) 线性技术指标和系统频偏等决定。针对本射频系统而言，I、Q 的正交误差主要通过PCB 板I、Q 信号走线严格等长来控制;幅度平衡可通过运算放大器的增益控制电阻来调整; 由于本射频系统选用TRF2436 作为二次混频的主芯片，混频器集成在芯片内部，无法控制; 发射EVM 主要由本地振荡器的相位噪声决定，通过合理选用VCTCXO，优化环路滤波器等措施，保证射频本地振荡器的相位噪声指标满足- 88 dBc@ 1 kHz、- 90 dBc@10 kHz，从而保证TRF2436 输出最终功率0 dBm时，其相对矢量误差达到- 34. 5 dB;对本系统而言，功放的合理设计决定了发射机相对矢量误差。

5小结

如前所述，本系统选用的末级功放，在输出功率为16 dBm 时，其相对矢量误差为2% ( - 34 dB) ，通过计算系统的相对矢量误差为- 32. 5dB，满足技术指标要求。