WiMAX设备设计的射频芯片、架构及系统选择

随着WiMAX标准的受欢迎程度日益上升，而且802.16标准的主导地位也在不断稳固，该技术必将成为一项长期而前景广阔的技术。在手机产业的宽带无线覆盖以及高速回程应用(backhaul application)方面，802.16d固定标准已经获得其立足之地。随着能够支持主要的WiMAX频带的RF芯片组的推出，其他创新性的通信应用也应运而生。随着固定标准不断推广，业界的关注重点正转向802.16e标准，即WiMAX的移动标准。这些器件将有助于实现PCMCIA卡中收发器的小型化，最终必将为笔记本和移动电话所采用。

最初的设计重点是CPE市场，其商业模型侧重于大规模制造以及高销量。WiMAX基站收发台(BTS)解决方案紧随其后，实现完整的系统解决方案。BTS是一种量较低(成本较高)的系统，通常对更高的RF架构性能考虑重于对成本的考虑。此外，由于BTS的静态特性，在机械外壳、散热片和电源设计上具有更多的回旋余地，因此这些不会对收发器设计产生什么局限性。

显然，就上述WiMAX系统而言，没有绝对正确的架构。每种选择都有其优缺点，设计工程师必须权衡比较，才能实现系统的目标。我们要根据CPE和BTS等不同应用需求来有选择性地考虑不同的RF架构，分析其主要的优劣势。

数字基带到RF接口

RF架构首先要考虑的问题就是定义数字基带处理器与RF电路之间的信号接口。信号接口有两种选择：低中频(IF)与I/Q(正交)接口。数字基带处理器可能仅具备一种接口选项，因此设计工程师也就别无选择了。其他处理器可能会需要在低IF和I/Q接口之间进行选择。由于CPE数字处理器通常集成了数据转换器，因此预定义了连接到RF电路的接口。由于数据转换器属于外部器件，我们可根据架构的选择来确定所匹配的数据转换器，因此BTS的灵活性更高。

低IF接口针对数据转换器的发送(TX)和接收(RX)采用单一的信号路径。对低IF频率的选择可能受限于RF芯片组电路，或者受到数据转换器采样率的影响，数据转换器的采样率必须至少是信号带宽最高频率的两倍。但在实践中，对数据转换器采样率的选择往往要高得多，以确保保持信号完整性，同时使在数据转换器镜像信号以及杂散信号被推高，以轻松实现模拟滤波。要达到WiMAX标准，必须消除由转换器生成的输出杂散信号。例如，18MHz的低IF传输信号带宽为3.5MHz，这就要求数模转换器(DAC)采样率至少达40MSPS才能满足信号最高频率的要求。如果转换器采用更高的采样率，那么DAC镜像信号就会被提到更高的频率，这就使简单的3极低通滤波器能够高效率地实现滤波工作。

I/Q接口采用两个连接至数据转换器的正交信号。通常，信号位于基带(即以0Hz为中心)，不过也可让I/Q接口的信号以某个低中频为中心。低中频的I/Q接口通常不适合CPE应用，但在采用高性能数据转换器的BTS应用领域却非常有用。由于整体信号被拆分为正交分量信号，因此每个路径的信号带宽减半，这样数据转换器的采样率就不会要求那么严格，尽管需要两个转换器。

尽管低IF接口可简单地采用混频器将输入信号转换为较高频，但I/Q接口要求采用调制器或解调器。此后，我们说到调制器一词时，将同时指调制器和解调器，因为两种器件的特性基本相似。调制器内部采用两个由LO正交信号驱动的两个混频器。

尽管调制器比简单的混频器要复杂些，但其拥有一项重要优势，即可自然地对LO信号和镜像频率进行抑制。抑制量取决于两大参数：DC偏置平衡与正交平衡，相内(I)路径和正交(Q)路径之间的DC偏置平衡决定了载波馈通(feed through)量。具体就发送器工作而言，抑制或消除载波非常关键，因为它非常接近于目标信号。信号路径间的幅度和相位平衡将决定镜像信号或不需要的边带的抑制。与DC偏置情况类似，抑制镜像频率对符合相关标准要求也非常重要，因为它通常会接近目标信号。

相关参数通常非常敏感，我们经常需要微调DC偏置、信号幅度以及I/Q路径间的相位平衡，以解决不同批次、频率以及温度的差异问题。不同环境下的参数校准和参数调节是架构设计的重要组成部分，同时对I/Q接口的实现也至关重要。