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單芯片WiMAX收發器的應用

來源:電子系統設計 作者:張立美 責任編輯:admin 發表時間:2011-02-22 14:41 閱讀:
核心提示:寬帶服務,比如互聯網接入和流視頻,正在不斷涌向你身邊的無線收發器。許多無線服務供應商已經開始通過他們現有的蜂窩網絡提供各種形式的無線寬帶服務了。

不少供應商也在考慮把WiMAX設備作為提高其網絡寬帶無線接入(BWA)能力的一種有效方法。當然,價廉的WiMAX服務需要低成本的WiMAX設備,而Maxim Integrated Products公司的新型無線寬帶RF收發器集成電路(IC)MAX2837就是滿足這一要求的一款單芯片解決方案。該收發器適用于2.3~2.7GHz頻帶,支持固定、便攜式和移動WiMAX系統。

即全球微波接入互操作性(Worldwide Interoperability for Microwave Access),一直被視作有線數字用戶線路(DSL)技術的無線替代。這種無線城域網(WirelessMAN)技術可為基站周圍30英里以內的固站用戶和基站周圍10英里以內的移動站用戶提供高數據率的通信服務。WiMAX設備的工作“規則”由幾種IEEE標準定義,IEEE 802.16-2004規定固定WiMAX系統的要求,IEEE 802.16e-2005則給出移動用戶的WiMAX要求。

對于IEEE 802.16-2004固定標準,授權頻帶在2.5~3.5GHz附近,免授權頻帶在5.2和5.8GHz間。按照IEEE 802.16e的定義,移動WiMAX被明確規定為允許移動設備從一個基站向另一個基站切換以實現漫游,它專門針對工作在2.3GHz和2.7GHz頻帶的系統而設計。固定WiMAX基于正交頻分復用(OFDM)技術,而移動WiMAX同時采用了OFDM和正交頻分多址訪問(OFDMA)技術。

采用了大量不同的調制格式,包括BPSK、QPSK、16QAM和64QAM,根據接收信號的強度來轉換調制格式。通過這種自適應的調制方案,傳輸率可達75Mbps。WiMAX信號以突發脈沖形式被發送,其幀結構分為前導信號(Preamble)和數據區。對WiMAX信號進行2048點的快速傅立葉變換(FFT),可把類噪聲信號從頻域轉換到時域

MAX2837單芯片收發器(圖1)整合了RF到基帶接收信號路徑和基帶到RF發射路徑。它采用先進的SiGe BiCMOS工藝,功耗和噪聲系數都很低,從而擁有出色的接收器靈敏度。這款收發器帶有一個零中頻(zero-IF)直接轉換架構,其中包括步長20Hz的低相噪快速轉換Δ-Σ小數N分頻鎖相環(PLL)頻率合成器。這種零中頻架構的鄰信道載波泄漏極低,無需頻率校正。相比傳統的超外差收發器架構需要外部表面聲波(SAW)濾波器進行信道濾波,MAX2837則是在自己的接收和發送部分中集成了單片式基帶濾波器。

該無線收發器IC帶有可編程信道帶寬濾波器,支持從1.75~28MHz的帶寬,符合WiMAX標準的信道帶寬要求。這種片上信道濾波器可以對所有的WiMAX帶寬進行編程:1.75、2.5、3.5、5.5、6、7.7、8.75、10、14、15、20和28MHz。SPI兼容接口可實現信道濾波的電子編程,這一特性使單個基本無線設計可以支持不同地區的市場由于國家頻譜管制而造成的不同信道帶寬。

為支持合成器,MAX2837還集成了一個壓控振蕩器(VCO)和一個數字可控晶體振蕩器(DCXO),后者可采用低成本晶振來替代昂貴的溫度補償晶振TCXO。DCXO結合這一合成器,可實現數字自動頻率控制(AFC),從而擴展了系統范圍,同時保持WiMAX標準(10-6BER)所要求的最小比特誤碼率(BER)之性能。

片上DCXO可采用±25PPM或更高頻的低成本溫度頻差晶振。DCXO的調諧步長小于1PPM,固有單調性,允許AFC算法的開發,整個工作溫度范圍上總體頻率誤差保持在1PPM之內。

小數N分頻PLL合成器甚至還可以采用價廉的非調諧晶振。代替數字調諧晶振的負載電容,可以25Hz步長調節RF頻率,以消除頻率誤差。與參考時鐘(晶振)相關的采樣時鐘誤差(以及符號定時誤差)可在I/O采樣信號的WiMAX調制解調器插補中被數字校正,從而解決采樣時鐘的漂移問題。

MAX2837包含了一個基帶/控制接口,帶有片上直流漂移消除(DC offset cancellation)、同相/正交(I/Q)誤差檢測和載波泄漏檢測電路。除了RF帶通濾波器、參考振蕩器晶振、RF開關、發射器功率放大器以及少量無源元件之外,要構成一個完整的WiMAX RF收發器前端幾乎不再需要什么額外的電路了。

MAX2837的接收器部分帶有一個噪聲系數2.3dB的集成低噪放大器(LNA),在最大增益設置時輸入三階交調截取點(input Third-order Intercept Point,IIP3)從-8到-11dBm可調。在整個RF輸入范圍上的峰峰值增益變化一般為0.8dB(圖2),而在集成LNA的所有設置下RF輸入回損的典型值為13dB。總電壓增益一般是99dB,其中包含了可調RF增益和基帶增益。RF增益步長為8、16和32dB,基帶增益范圍一般為62dB(最小步長2dB)。

(責任編輯:admin)

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