固定以及移动WiMAX系统对无线射频子系统的设计要求

移动WiMAX的设计困难

OFDMA本身对RF收发器的设计无直接影响，但OFDMA面向的是大批量生产的便携式和移动设备 (如笔记本电脑和手机)，而这对RF前端的设计则有很大的影响。

移动WiMAX受到的第一项限制是尺寸和功率。由于移动WiMAX将用于移动和便携式设备，因此产品的整体尺寸和功耗都必须最小化。这样的要求反过来又对系统架构的选择提出了要求。移动设备中不太可能使用超外差接收器，因为这种接收器一般都比直接转换接收器的体积大很多，而且功耗也较高。

实现低功耗对功率放大器的设计提出了很高的要求。由于需要有相对较高的PAPR和线性，用标准的甲类(甚至甲乙类) 功率放大器很难获得高效率和低功耗。为了尽可能降低线性要求，目前系统文档对上行链路只要求采用16QAM调制；而6?QAM为可选。这样，在EVM上就有6dB的缓解(16QAM要求-24dB EVM；而6?QAM则为-30dB)。不过，业界普遍预计6?QAM调制也将会被用到，尤其是在笔记本电脑上。为了满足这一要求，我们预期大多数功率放大器将开始采用先进的效率改进技术，而标准的甲类或甲乙类放大器的使用将会越来越少。

为了方便说明，我们假设：所希望的天线端口发送功率为24dBm。放大器与天线之间很可能有2dB的损耗，因此从放大器出来的发送功率必须为26dBm或400mW。如果采用效率为15%的标准甲乙类放大器，那么在放大器本身的功耗就有3W，加上发送链路的其它部分、DAC和基带芯片组，功耗将增加到约3.7W，因此电池寿命将是一个严重问题。如果通过效率改进技术，将该放大器效率增加到25%，其功耗将降低到1.8W，而WiMAX接收器的功耗将显着降低到2.5W。请注意，2.5W正是目前许多手持设备中GSM接收器的功耗。

多输入多输出(MIMO)也是移动WiMAX的一项要求。目前的系统文档要求下行链路(从基站到移动设备)采用2x2MIMO；因此接收器必须有两条完整的接收链路，这就增加了尺寸方面的限制，更加不利于采用超外差体系架构。请注意，上行链路并不要求采用MIMO技术，因此只需要一条发送链路。

另一个在移动WiMAX中常常被忽视的问题是WiMAX和WiFi网络间存在相互影响。例如，按照表4，第3类频带在2496至2670MHz的范围，由于WiFi(在美国)工作在2412至2462MHz范围，WiMAX和WiFi接收机的频率隔离度非常小，因此两个网络之间很容易产生有害的干扰。因为这两个频带太接近，以至于无法真正实现RF 滤波，所以WiMAX接收器必须设计成即使有WiFi接收器在旁也能工作。这个要求对WiMAX接收器的设计有着根本性的影响，因为WiMAX接收器必须能够在可能是很强的WiFi信号环境下接收微弱的WiMAX信号。这些 WiFi阻断信号可能比任何可能的WiMAX阻断信号都要强得多。

如何将移动WiMAX产品迅速推向市场？

移动WiMAX网络现已开始逐步推行，而且有望推行得很快，尤其是在美国，推行的进度预计将会更迅速。这意味着制造商需要寻找创新的方法，在尽可能短的时间内将产品推向场。解决这个问题的方法有很多。

市场上有多项明显的技术切入点。第一个技术切入点是尽早开发芯片，为了最大限度地降低风险，制造商必须参与标准的开发，并与WiMAX Forum合作，确保他们能尽早获得设计的要求。一旦设计完成，开发了一个全功能、而且能通过WiMAX Forum接收器符合性测试(RCT)规范的RF参考设计后，就可以加快系统集成的步伐。同时，还有助于在RF芯片组中实现内置的测试和诊断功能。

不过，即使及早着手设计和拥有可实现的参考设计，也未必能缩短产品的面市时间。一旦有了RF芯片组，还必须将其集成到基带芯片组中。完成这种集成需要较长的时间，这个环节也是能否大幅度节省时间的关键所在。

首先，RF和基带制造商间需要尽早形成互动。其次，必须力争减少RF和基带芯片组间的相互作用。例如，如果RF芯片组能实现完全的自主自动增益控制和校准程序，软件开发时间就会更短，整个集成 时间也可缩短。

另一个能缩短集成时间的可能切入点为基带至RF接口本身。以往都采用模拟IQ或IF接口来实现RF和基带芯片组之间的数据传输；ADC和DAC在基带芯片组上实现，而数据是以模拟方式传送到RF芯片组。由于采用这种接口，各个基带芯片的要求都有所不同，因此会增加集成时间。现在，一种针对移动WiMAX的全数字基带至RF接口已经面世，目前正由Jedec JC61开发小组完成。该接口定义基带和RF之间的数据传输格式，以及串行控制接口，可用于MIMO或单输入单输出(SISO)数据传输，并面向基带IQ数据。除了便于集成外，该接口还能降低设计成本。由于基带收发器都采用数字CMOS器件，故很容易利用最先进的CMOS工艺改变尺寸，从而制造出尺寸更小、成本更低的基带芯片。可惜的是，无论是RF或模拟转换器都不容易改变尺寸，因此将转换器与RF放在一起比较可行，这样二者都可通过优化技术来推行，而不会影响CMOS基带裸片。

结论

不管是固定或移动WiMAX，都为RF设计人员提出了严苛的挑战。

固定WiMAX基于OFDM物理层，主要面向客户端设备(CPE)。因此，其整体功耗不是市场主要关心的问题。对固定WiMAX网络而言，用户更关心的是性能。因此，许多固定WiMAX接收器将采用超外差系统，以获得最佳的整体RF性能。

新的移动WiMAX基于OFDMA物理层，这类设备面向移动电话和笔记本电脑，故要求较低的功耗和成本。由于功耗和成本上的限制，采用直接转换技术的RF收发器最有可能成为首选的体系架构。此外，要在合理的功耗下实现足够的RF功率，还需要有高效率的功率放大器。

本文由SiGe半导体公司提供