應(yīng)用于基站的WiMAXCPE收發(fā)器介紹嘉I兆科技與分立設(shè)計相比，單芯片WiMAX收發(fā)器能夠顯著節(jié)省成本和空間，但一直以來，嚴格的 發(fā)射性能要求使其無法用于基站設(shè)計然而一些新型器件極大地改善了發(fā)射信噪比(SNR) 性能，因而適合從毫微微蜂窩到微蜂窩的各類應(yīng)用基站蜂窩類型和典型要求根據(jù)最大輸出功率和覆蓋范圍，無線行業(yè)將基站分為若干寬泛、重疊的類別，如表1所示， 表中還提供了相關(guān)參數(shù)的粗略估計值下面的設(shè)計示例將使用功率輸出估計值價格和設(shè) 備尺寸對于所有類型的蜂窩都非常重要對于毫微微蜂窩基站，只有低成本和小尺寸型才 能在市場上生存；對于微微蜂窩和宏蜂窩基站，如果其價格和尺寸優(yōu)于競爭產(chǎn)品，將擁有 獨特的市場優(yōu)勢單芯片收發(fā)器有助于降低價格和減小尺寸，但只有當基站滿足其性能要 求時，這些優(yōu)勢才能顯現(xiàn)出來CellT/peRango (dBm)Price自訐冷令吊union Equipmai” Sue (cm3)Max 匚overage Area (tn*}■# UseraP&TitoceiiJI 00s5K^l5Klf4初Picoce II2O-3OdamKS^COO"lOK-SOKi：'10-50,JLlierece!SC-33dBmip￡7W0?2OK-303K'Tibi? 1 WiMAX Cs+lTyfw ”目” Pc war ond Equipnorit CciEt 'ADI males發(fā)射信號鏈架構(gòu)9刊?紂WfTH圖1.發(fā)射信號鏈框圖圖1所示為一個用于無線通信的典型直接上變頻發(fā)射信號路徑的簡化框圖，其中的虛框部 分最近已被集成到WiMAXCPE收發(fā)器中。

基站發(fā)射機，特別是那些設(shè)計用于較大小區(qū)的 發(fā)射機，通常使用分立器件來實現(xiàn)高線性度和低噪聲然而，如圖1所示，單芯片收發(fā)器具有明顯的成本和空間優(yōu)勢這些CPE收發(fā)器將多個 功能模塊，包括數(shù)字接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、模擬濾波器、增益級、混頻器和前置驅(qū)動器等， 組合構(gòu)成一個混合信號集成電路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字接口的集成使得基帶處理器(BBP)可 以是純數(shù)字式，從而能夠利用先進的細線CMOS工藝來降低成本、功耗和縮減尺寸有 些集成收發(fā)器還整合兩個直接下變頻接收機，使總體空間和成本進一步縮小降低發(fā)射功率和噪聲對于特定應(yīng)用，將收發(fā)器與分立設(shè)計相比較時，發(fā)射機噪聲是一個關(guān)鍵參數(shù)，但噪聲只是 —方面考慮噪聲必須相對于特定輸出功率進行測量，因為所需的PA增益由收發(fā)器輸出 功率決定例如，如果收發(fā)器B的噪聲比收發(fā)器A低幾dB,但要求多幾dB的增益才能 實現(xiàn)同樣的輸出功率，則收發(fā)器B的額外增益將導(dǎo)致系統(tǒng)噪聲更高當考慮絕對輻射限制 時，例如以下設(shè)計示例所述的情況，噪聲與增益的關(guān)系尤其重要表2通過一個定量示例顯示了這一關(guān)系TransceiircrTransceiver Max Power [dBmL(dBin/M Hi)System PowerPA Gatn nSystem(dBmiAIHz)A-753033Q6-7599-36在設(shè)計過程中，發(fā)射噪聲與頻率偏移的關(guān)系圖會有幫助。

法定雜散輻射限制轉(zhuǎn)換為 dBm/MHz后，便可快速判斷一個收發(fā)器是否適合給定的應(yīng)用圖2為一個多路輸入、單 路輸出(MISO)WiMAX/WiBRORF收發(fā)器在2500MHz載波頻率和10MHz信號帶寬下 的關(guān)系圖注意頻率偏移為1MHz積分帶寬的中心頻率因此如果中心頻率為5.5MHz， 則積分帶寬的邊緣頻率為5MHz5MHz是10MHz帶寬目標信號的信道邊緣雖然10MHz信道內(nèi)功率輸出為-3dBm，但信道內(nèi)輻射為-13dBm，如圖2所示，因為 測量是在1MHz范圍積分的結(jié)果，而不是整個10MHz信道頻段邊緣處的極陡滾降是由 片內(nèi)插值數(shù)字濾波器引起的將這些功能集成到收發(fā)器芯片中可以減輕BBP的負擔，BBP 與收發(fā)器之間的數(shù)據(jù)速率因為2倍插值而減半法定限制監(jiān)管機構(gòu)對特定頻段內(nèi)的最大輸出功率、最大帶外(OOB)輻射和最大信道外輻射均有限 制，這些限制取決于應(yīng)用所在的國家/地區(qū)以及所用的頻段本文僅關(guān)注2.4至2.7GHz 范圍內(nèi)的FCC (美國聯(lián)邦通信委員會)限制在美國，特許執(zhí)照WiMAX部署頻譜為 2496MHz 至 2690MHz，免執(zhí)照頻譜為 2.4GHzISM 頻段(2400MHz 至 2483.5MHz)。

FCC使用多種單位和方法來規(guī)定最大功率和OOB限制下面各部分列出了針對WiMAX 基站所用的多個頻率范圍的限制如果限制用低于帶內(nèi)輸出功率的衰減幅度來表示，則帶 內(nèi)功率和雜散輻射測量所用的積分帶寬必須相同特許執(zhí)照頻段從2496MHz到2690MHz，最大等效全向輻射功率(EIRP)頻段功率輸出為63dBm［1］ 基站的雜散輻射在信道邊緣必須至少衰減43 + 10log(P)dB［2］其中P為頻段功率輸出(單 位W)2.4 GHz免執(zhí)照頻段在ISM頻段，限制更嚴格，但最大功率輸出也低得多從2400MHz到2483.5MHz,點到 多點:PTMP基站的最大傳導(dǎo)功率輸出為+30DBm,最大EIRP為+ 36dBM［3］點到點(PTP) 基站必須遵守相同的傳導(dǎo)功率限制，但最大理論EIRP無限制對于PTP基站J5dB以上 的天線定向增益每增加3dB，EIRP必須降低1dB信道外但仍在ISM頻段內(nèi)的雜散輻 射必須衰減到低于目標信號20dB的水平［4］ISM頻段外的輻射必須衰減到低于頻段功 率50dB的水平，或者衰減到-41.25dBm/MHz的水平，以衰減較小者為準⑸此外， 使用ISM頻段的運營商還必須遵守下述關(guān)于限制頻段的限制。

限制頻段FCC將某些頻段規(guī)定為邙艮制使用"頻段這些頻段內(nèi)的輻射只能是雜散性的，對于ISM 頻段的運營商 該輻射始終必須等于或小于-41.25dBm/MHz的絕對限值影響2.4GHz ISM頻段的限制頻段有兩個：2310MHz至2390MHz和2483.5MHz至2500MHz 與限制頻段相鄰的特許執(zhí)照頻段不必遵守這些限制設(shè)計示例對于各種情況下的單芯片CPE收發(fā)器的定量評估，功率放大器(PA )被認為為是理想的 增益級實踐中，PA會增加噪聲和非線性效應(yīng)，但對于下面的各個示例，特別設(shè)計的PA 可以確保完整發(fā)射路徑的性能符合要求各示例均使用一個10MHz帶寬內(nèi)最大輸出設(shè)置 為-3.0dBm的CPE收發(fā)器第一個示例是一個工作在ISM頻段的1W點到多點微蜂窩，發(fā)射帶寬為10MHz，中心頻 率為2417MHz第一個要符合的法定限制是20dB的信道外衰減，信道內(nèi)功率為 -13dBm/MHz，因此衰減限制為-33dBm/MHz，如圖3的“20dB衰減限制”所示圖3包含來自圖2的ADI公司AD9354性能曲線以便快速比較法定限制與收發(fā)器輻射 由于AD9354信道外能量遠低于-33dBm/MHz限制線，因此該收發(fā)器滿足20dB衰減 要求。

第二個限制是50dB或-41.25dBm/MHz的OOB衰減，以衰減較小者為準Pout=30 dBm因此50dB是較小的衰減目標信號帶寬中心與ISM邊緣的頻率范圍為17.5MHz (2417MHz"2400MHz+500kHz)從-13dBm/MHz 的信道內(nèi)功率衰減 50dB，得 到-63dBm/MHz的限制，可以看出，AD9354的輻射遠低于此限制最后，F(xiàn)CC要求2390MHz限制頻段邊緣的雜散輻射衰減到-41.25dBm/MHz頻率范圍 為27.5MHz(2417MHz至2390MHz+500kHz )由于這是一個絕對限值，因此需要考 慮PA增益為了將帶內(nèi)輸出功率從-3dBm提升到30dBm，需要33dB的增益將該 值折合到收發(fā)器輸出端，可以得到-74.25dBm/MHz的法定限制(-41.25dBm/MHz-33 dB)，如圖 3 中 “-74.25dBm/MHz” 線所示采用特許執(zhí)照頻段的毫微微蜂窩在所有類型的基站中，毫微微蜂窩對成本最敏感，因此單芯片收發(fā)器必須滿足這種應(yīng)用的 要求表1顯示，典型毫微微蜂窩基站可以提供高達20dBm的帶內(nèi)輸出功率在信道邊嘉兆科技corad緣，雜散輻射需要降低33dB(43 + 10*log(0.1))。

從-13dBm/MHz的信道內(nèi)功率衰減33dB，得到-46dBm/MHz的法定限制，如圖3的水平虛線所示采用特許執(zhí)照頻段的微微蜂窩微微蜂窩涵蓋的最大輸出功率范圍非常廣，從20dBm到30dBmo本例中，功率輸出設(shè) 置為27dBm，信道邊緣所需的衰減為40dB(43 + 10*log(0.5))從-13dBm/MHz的信 道內(nèi)功率衰減-40dB，得到法定限制為-53dBm/MHz，如圖3中的-53dBm/MHz水平 線所示采用特許執(zhí)照頻段的微蜂窩微蜂窩一直是昂貴、大型分立式收發(fā)器設(shè)計的領(lǐng)地，它要求的增益和功率輸出顯著大于較 小尺寸的蜂窩表2所示的最高功率輸出2W( 33dBm要求衰減46d( 43 + 10*lo( 2 )) 按照與前兩例相同的邏輯進行分析，從-13dBm/MHz的信道內(nèi)功率衰減46dB，得到-59 dBm/MHz的法定限制在圖3中，通過比較AD9354輻射曲線與-59dBm/MHz的水平 虛線可以發(fā)現(xiàn)，該器件有足夠的裕量來滿足此要求WiMAXCPE收發(fā)器的發(fā)射性能已大大改進，現(xiàn)已能夠滿足從微微蜂窩到微蜂窩的應(yīng)用要 求與分立設(shè)計相比，除了集成發(fā)射路徑所帶來的成本和空間節(jié)省以外，單芯片收發(fā)器還 能提供兩個接收機，從而進一步節(jié)約成本和空間。