5. 8GHz WiMAX寬帶無線通信射頻系統設計

摘 要：在芯片廠商未推出針對WiMAX 標準5. 8 GHz 頻段射頻芯片的情況下，利用SIGE 公司開發的中頻芯片SE7051L10 及TI 公司開發的射頻芯片TRF2436，通過合理設計，成功地研制出5. 8 GHz 頻段CPE 和點對點射頻收發系統，測試指標滿足或優于802. 16d 標準。詳細介紹了主要芯片完成功能、主要技術指標、總體設計以及具體指標實現。

　　本設計主要是參照802. 16d 固定無線傳輸寬帶技術標準，是針對WiMAX 寬帶無線接入產品而設計的射頻系統，它的作用是為基帶信號處理單元提供零中頻基帶信號或基帶I、Q 信號無線的收發通道。

　　0 引言

　　固定WiMAX 標準基于正交頻分復用( OFDM) 技術，使用256 個副載波； 該標準支持1. 75~ 28 MHz范圍內的多個信道帶寬，同時支持多種不同的調制方案，包括BPSK、QPSK、16QAM 和64QAM。由于信號寬帶及高調制方式等多項技術參數導致射頻設計充滿挑戰性。

　　1 主要芯片完成功能

　　本設備采用超外差時分雙工方式來完成設計,在符合WiMAX 標準的射頻套片推出之前，成功選用SIGE 公司生產的中頻芯片SE7051L10 和Texasinstruments 公司生產的射頻芯片TRF2436 來完成設計。中頻頻率固定為380 MHz，射頻頻率在5. 725~5. 850 GHz頻段內可選。

　　1.1 SE7051L10

　　SE7051L10 主要完成功能為：

　　①在發射時隙內完成I、Q 基帶信號上變頻為380MHz 的固定中頻信號；

　　②在接收時隙內完成接收的380 MHz 的固定中頻信號下變頻為零中頻的I、Q 基帶信號；

　　③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，以便系統工作在期望的工作信道內；

　　④在發射和接收通道，均內置可變增益放大器，同時Tx 通道具有18 dB 的增益控制范圍( 步進6 dB) ，和50 dB TX 增益控制范圍( 步進1 dB) ，Rx 通道具有50 dB 的自動增益控制范圍。

　　1.2 TRF2436

　　TRF2436 完成功能為：

　　①在發射時隙內完成380 MHz 的固定中頻信號上變頻到所需的RF 信道頻率；②在接收時隙內完成接收的RF 信號放大并下變頻為380 MHz 的固定中頻信號；③片內內置收發開關、低噪聲放大器及開關控制的功率放大器；④ 內置射頻本振倍頻器。

　　2 總體設計

　　由于SE7051L10 與TRF2432 非同一公司套片,需重新設計，主要從以下幾點考慮。

　　中頻芯片SE7051L10 產生射頻本振，其合成頻率范圍2 850~ 3 350MHz，若系統選用低本振，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； 選用高本振將導致中頻及基帶頻譜鏡像，對點對點系統而言，由于接收下變頻將發射的上變頻導致的頻譜鏡像翻轉，系統會不留痕跡進行解調； 但作為CPE 設備，無法與標準基站對聯，采用基帶I、Q 信號顛倒連接，巧妙地解決選用高本振導致的頻譜翻轉，與標準信號源對聯，系統工作正常。

　　SE7051L10 的收發中頻為各自獨立的差分輸入輸出，而TRF2436 收發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，通過收發切換控制信號，將SE7051L10 的收發中頻各自獨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 設備，基站為適應不同用戶端設備要求，其系統接收增益固定，不具備AGC 功能,為保證接收信號幅度恒定，通過動態調整不同CPE設備的發射功率； 因此要求WiMAX CPE 設備發射通道具有超過50 dB 的ALC 控制范圍； 雖然SE7051L10內置步徑1 dB 的50 dB 衰減器，但中頻衰減過大，將影響中頻信號的信噪比，從而影響系統性能； 而TRF2436 是針對802. 11系統開發的，發射通道沒有提高系統動態的數控衰減器； 為增大系統發射動態,在TRF2436 的射頻濾波器后增加一片步徑4 dB 總衰減28 dB 數控衰減器。