改善WiMAX链路容限的主要RF模块和方法(上)

上面讨论了一些改善链路容限的方法，接下来介绍RF系统内的详细电路模块，这些模块对降低成本具有很大作用，包括占据射频系统主要成本的合成器、功率放大器和滤波器。

RF系统模块

1．合成器

合成器可以产生混合了输入RF信号的本振(LO)信号，以得到一个可以由基带IC进行数字化处理的频率较低的信号。WiMAX规范要求采用性能较高的合成器。合成器模块占据RFIC的大部分面积，因此该模块是RFIC中成本较高的一个部分。它的合成相位噪声低于1deg rms，合成频率为载波间隔的1／20至信道带宽的1／2。因此，在1.75MHz较小带宽下，相位噪声的合成最低可以从100Hz开始。对于HFDD架构，TX到RX频率的调整要在l00微秒内完成。信道量化的步长在3.5GHz频带内为125KHz。为调整并维持这个量化步长，需要考虑分数频率合成器。请注意，随着RF频率不断提高，获得低于1degrms的相位噪声将变得更加困难。与所有射频LO一样，AD转换时钟也要被看成将相位噪声增加到整体抖动指标上的LO。

2．功率放大器

宽带数字调制要求较高的线性度，但线性度高会产生较高的损耗。通常，效率和线性度难以实现最佳平衡。对于WiMAX，在距离输出P1 dB6dB的回退(backoff)点上，功率放大器的效率为4％～5％。这种回退会产生大约2.5％的误差矢量幅度(EVM)，或32dBc的信号噪声失真比(SNDR)。AB类功率放大器(PA)在该点上的效率可达15％～18％，而EVM值基本不变。

PA设计中常被忽略的参数是建立时间。启动PA后，功率将会发生过冲(或下冲)，然后趋于稳定(settle out)。在100毫秒的建立时间内，将达到低于0.1dB的最终值。对于OFDM符号，RX需要从帧开始到结束对载波功率进行评估。如果从帧开始至结束，功率下降的值大于0.1dB，则64位正交振幅调制(QAM)的BER将增大。功率下降的主要原因是偏压电路和输出功率场效应晶体管(FET)处于不同的散热点上。散热现象在100毫秒内持续产生影响。为减缓功率的降低，偏压电路要尽可能靠近输出FET，这样它们就可以保持相同的运行温度。某些情况下，PA可能需要在TX周期之前启动，这样PA就可以保持稳定或者减缓功率降低。这意味着在发射数据时需要一个触发信号，而利用MAC和PHY实现这一触发并非易事。对于HFDD模式，在100微秒的预算时间内，合成器必须稳定，且PA必须启动。一个切实可行的解决方案是将PA的建立时间设计成小于5微秒。

3．滤波器

滤波器用来消除邻近或备选信道产生的非期望信号，这些瞬时信号产生的噪声可泄漏到期望的频带内。因此，在接收器中滤波并没有效果，只有"干净"的发射信号才没有这种噪声泄漏。

关于邻近信道的问题，主要挑战是线性度和滤波复杂性。如果非期望信道被滤除，则要求射频器件的功率回退少一些，并有更多的AD位可用于衰落容限。采用SAW滤波器有助于降低成本，它还具有最佳的滤波效果。但这种技术的主要缺点是它能支持的最大信道带宽是固定的。另一个问题是，采用固定IF难以支持很多RF频带。对杂散分析而言，最佳IF性能取决于RF。

片上滤波需要占据较大的裸片面积，而且随着信道带宽减小，裸片面积将增大。此外，片上滤波会产生更多噪声，它的优势在于可以调节滤波器以适应带宽要求。

对于基于I／Q的设计，采用片上滤波器很有必要。在片上进行滤波可以更好地匹配滤波器，这样可最大程度地减少由于滤波而引起的I／Q失配。利用数字滤波器在基带IC上能实现最终的信道选择。

与增益一样，滤波也必须分布在RF频率和下变频频率之间。RF滤波被用来减少镜像和远端阻断，例如RF以外的频带。RF前端必须具有足够的线性度，以支持最大的带内阻断。此外，还需考虑LO与非期望信号的相互混频。通常，RF滤波器的工作频率范围大于50MHz，基于不同技术的滤波器，其Q值也有所差异。Q值越大，滤波器的体积就越大、性能也就越出色。FDD系统则有可能采用腔体滤波器。