WiMAX CPE 收發器之基站應用

與分立設計相比，單芯片WiMAX收發器能夠顯著節省成本和空間，但一直以來，嚴格的發射性能要求使其無法用于基站設計。最近，一些新型器件極大地改善了發射信噪比(SNR)性能，因而適合從毫微微蜂窩到微蜂窩的各類應用。

基站蜂窩類型和典型要求
根據最大輸出功率和覆蓋范圍，無線行業將基站分為若干寬泛、重疊的類別，如表1所示。下面的設計示例將使用功率輸出估計值。價格和設備尺寸對于所有類型的蜂窩都非常重要。對于毫微微蜂窩基站，只有低成本和小尺寸型才能在市場上生存；對于微微蜂窩和宏蜂窩基站，如果其價格和尺寸優于競爭產品，將擁有獨特的市場優勢。單芯片收發器有助于降低價格和減小尺寸，但只有當基站滿足其性能要求時，這些優勢才能顯現出來。

發射信號鏈架構
圖1所示為一個用于無線通信的典型直接上變頻發射信號路徑的簡化框圖，其中的虛框部分最近已被集成到WiMAX CPE收發器中。基站發射機，特別是那些設計用于較大小區的發射機，通常使用分立器件來實現高線性度和低噪聲。

圖1 發射信號鏈框圖

然而，如圖1所示，單芯片收發器具有明顯的成本和空間優勢。這些CPE收發器將多個功能模塊，包括數字接口、數據轉換器、模擬濾波器、增益級、混頻器和前置驅動器等，組合構成一個混合信號集成電路。數據轉換器和數字接口的集成使得基帶處理器(BBP)可以是純數字式，從而能夠利用先進的細線CMOS工藝來降低成本、功耗和縮減尺寸。有些集成收發器還整合兩個直接下變頻接收機，使總體空間和成本進一步縮小降低。

發射功率和噪聲
對于特定應用，將收發器與分立設計相比較時，發射機噪聲是一個關鍵參數，但噪聲只是一方面考慮。噪聲必須相對于特定輸出功率進行測量，因為所需的PA增益由收發器輸出功率決定。例如，如果收發器B的噪聲比收發器A低幾dB，但要求多幾dB的增益才能實現同樣的輸出功率，則收發器B的額外增益將導致系統噪聲更高。當考慮絕對輻射限制時，如以下設計示例所述的情況，噪聲與增益的關系尤其重要。表2通過一個定量示例顯示了這一關系。

在設計過程中，發射噪聲與頻率偏移的關系圖會有幫助。法定雜散輻射限制轉換為dBm/MHz后，便可快速判斷一個收發器是否適合給定的應用。圖2為一個多路輸入、單路輸出(MISO) WiMAX/WiBRO RF收發器在2500MHz載波頻率和10MHz信號帶寬下的關系圖。注意，頻率偏移為1MHz積分帶寬的中心頻率。因此，如果中心頻率為5.5MHz，則積分帶寬的邊緣頻率為5MHz。5MHz是10MHz帶寬目標信號的信道邊緣。

圖2 發射噪聲與積分帶寬偏移的關系

雖然10MHz信道內功率輸出為-3dBm，但信道內輻射為-13dBm，如圖2所示，因為測量是在1MHz范圍積分的結果，而不是整個10MHz信道。在圖2中，頻段邊緣處的極陡滾降是由片內插值數字濾波器引起的。將這些功能集成到收發器芯片中可以減輕BBP的負擔，BBP與收發器之間的數據速率因為2倍插值而減半。