基于OFDM技术的WiMAX RF系统设计.docx

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1、基于OFDM技术的WiMAXRF系统设计固定WiMAX标准基于正交频分复用(OFDM)技术，使用256个副载波;该标准支持1.7528MHz范围内的多个信道带宽，同时支持多种不同的调制方案，包括BPSK、QPSK、16QAM和64QAM。1主要芯片完成功能本设备采用超外差时分双工方式来完成设计,在符合WiMAX标准的射频套片推出之前，成功选用SIGE公司生产的中频芯片SE7051L10和Texasinstruments公司生产的射频芯片TRF2436来完成设计。中频频率固定为380MHz，射频频率在5.7255.850GHz频段内可选。1.1SE7051L10SE7051L10主要完成功能为：

2、在发射时隙内完成I、Q基带信号上变频为380MHz的固定中频信号;在接收时隙内完成接收的380MHz的固定中频信号下变频为零中频的I、Q基带信号;完成合成IF和RF所需的LO功能;其中中频LO频率为固定的380MHz;RF本振频率可选，以便系统工作在期望的工作信道内;在发射和接收通道，均内置可变增益放大器，同时Tx通道具有18dB的增益控制范围(步进6dB)，和50dBTX增益控制范围(步进1dB)，Rx通道具有50dB的自动增益控制范围。1.2TRF2436TRF2436完成功能为：在发射时隙内完成380MHz的固定中频信号上变频到所需的RF信道频率;在接收时隙内完成接收的RF信号放大并下变

3、频为380MHz的固定中频信号;片内内置收发开关、低噪声放大器及开关控制的功率放大器;内置射频本振倍频器。2总体设计由于SE7051L10与TRF2432非同一公司套片,需重新设计，主要从以下几点考虑。中频芯片SE7051L10产生射频本振，其合成频率范围28503350MHz，若系统选用低本振，要求最低频率为2672.5MHz，SE7051L10无法满足该要求，系统只能选用高本振，高本振要求频率为30523115MHz。选用高本振将导致中频及基带频谱镜像，对点对点系统而言，由于接收下变频将发射的上变频导致的频谱镜像翻转，系统会不留痕迹进行解调。但作为CPE设备，无法与标准基站对联，采用基带I

4、、Q信号颠倒连接，巧妙地解决选用高本振导致的频谱翻转，与标准信号源对联，系统工作正常。SE7051L10的收发中频为各自独立的差分输入输出，而TRF2436收发中频为共用的差分输入输出,为解决此问题，选用2只单端双掷开关，通过收发切换控制信号，将SE7051L10的收发中频各自独立的差分输入输出切换至TRF2436要求共用的中频差分输入输出，效果良好。作为WiMAXCPE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WiMAXCPE设备发射通道具有超过50dB的ALC控制范围;虽然SE7051L1

5、0内置步径1dB的50dB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4dB总衰减28dB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100差分输入，本振功率电平0dBm。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200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

6、片放大器将SE7051L10输出本振放大到0dBm，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

7、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P1dB回退10dB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P1dB为29dBm，功率回退10dB，其输出线性功率为19dBm。功放末级有一无源收发开关

8、、抑制谐波分量的低通滤波器及MCX插座，其插入损耗总和为1.6dB，在插座输出口输出的线性功率为17.4dBm，满足设备技术指标要求;同时，SZA5044的增益为28dB，为保证设备技术指标16dBm功率输出，SZA5044输入功率要求-9dBm。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4.4dB，要求TRF2436的线性功率输出-4.6dBm,TRF2436其输出P1dB为22dBm，线性功率输出12dBm，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

9、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50dB，步径1dB。本系统的ALC由SE7051L10提供30dBALC控制范围，步径1dB;同时，数控衰减器提供28dB的ALC控制范围，步径4dB，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1dB，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50dB的动态范围内，发射的相对矢量误差小于-31dB。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

10、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-88dBc1kHz、-90dBc10kHz，从而保证TRF2436输出最终功率0dBm时，其相对矢量误差达到-34.5dB;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16dBm时，其相对矢量误差为2% (-34dB)，通过计算系统的相对矢量误差为-32.5dB，满足技术指标要求。1