WiMAX设备设计的射频芯片、架构及系统选择

在下一代的设计中，在性能上将有望保持与当前的固定WiMAX技术相关的性能标准，同时提高集成度，进而降低移动应用的成本。我们可采用直接变频架构来实现上述目的，配合采用外部功率放大器(PA)和外部低噪声放大器(LNA)，或者可采用在RF前端芯片上集成PA和LNA的超外差架构，图2给出了这两种架构的结构图。两种架构均能降低成本、提高集成度，并将芯片组的器件减少为两到三颗，从而降低PCB的面积占用。直接变频必须保持不错的DC偏置平衡和正交平衡，并且具有适当的动态范围以处理阻断信号(blocker signal)，这样才能成为有效的解决方案。超外差方案将采用额外的SAW滤波器，以便协助满足减少杂散和RX阻断器的要求。只要采用了正确的设计方案，其所需的额外滤波器和合成器就会通过功率放大器的集成性能而物有所值。这两种方案的成本和电路板面积的占用基本相同，决定性因素将在于PA的性能和成本。

图2：直接变频与超外差结构图

针对BTS的WiMAX系统

对于BTS系统而言，我们更关注性能而不是成本和尺寸。不过，由于WiMAX是一种新部署的技术，我们还是希望降低成本。最初的WiMAX系统采用开环PA，能够向天线提供2到4瓦的调制功率。采用这种PA技术时，我们用了足够高功率的PA末级晶体管(final transistor)来实现期望的调制功率输出，通过足够地补偿(back off)放大器来实现适当的误差矢量幅度(EVM)性能。尽管这种方法是可行的，但效率非常低，常常需要大型的散热片和主动冷却。新一代的BTS系统将需要更高的功率，这使得补偿线性化方法就难以为继了。设计工程师开始考虑其他的线性化方案。他们先用波峰因数降低技术(CFR)在进行数模转换前降低信号域中到达信号的功率峰均值比(PAR)。由于WiMAX信号对带内信号完整性的要求非常严格，因此这种方法在CFR的固有EVM衰减变得很大之前，可能只会降低1.5到2dB的PAR。

为了在技术改进方面取得更大的进展，设计工程师将采用数字预失真(DPD)线性化方法。该技术将修改数字输入信号，这样，在信号通过非线性功率放大器之前，我们能抑制掉不必要的互调信号。该方法在蜂窝通信PA市场上日益受到欢迎，人们正在研究将其用于WiMAX系统。

DPD有两种特殊的架构要求。一是需要在PA后提供反馈路径，以便为进行线性化系数的自适应调节向DPD处理器发送输出信号，从而在不同输出功率和环境条件下保持良好的线性化效果。如果采用时分双工(TDD)WiMAX系统的话，这一要求可以忽略，因为这时已经有了接收机，并且在传输周期中处于空闲状态。

第二个要求与预失真信号的带宽相关。DPD信号将包括用于抑制由PA生成的三阶与五阶产物。这样，输入信号会是所需信号的五倍。超外差无线电广播技术中所用的SAW滤波器与所需信号宽度相同，不足以让DPD信号通过。此外，过长的群组延迟和与SAW滤波器不同带宽属性下群组延迟的差异也会对DPD自适应算法产生不良影响。因此，直接上变频方案是采用DPD技术的最可行方法。采用DPD的直接上变频方案对正交调制器和执行驱动功能的DAC提出了极高的性能要求。例如，TI的DAC5687配合TRF3703正交调制器就是一个典型的应用实例，如图3所示。

图3：DPD直接上变频结构图