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單芯片WiMAX收發(fā)器的應(yīng)用
作者：電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)
日期：2007-11-20 10:10:12
摘要：寬帶服務(wù)，比如互聯(lián)網(wǎng)接入和流視頻，正在不斷涌向你身邊的無線收發(fā)器。許多無線服務(wù)供應(yīng)商已經(jīng)開始通過他們現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供各種形式的無線寬帶服務(wù)了。
不少供應(yīng)商也在考慮把WiMAX設(shè)備作為提高其網(wǎng)絡(luò)寬帶無線接入(BWA)能力的一種有效方法。當(dāng)然，價廉的WiMAX服務(wù)需要低成本的WiMAX設(shè)備，而Maxim Integrated Products公司的新型無線寬帶RF收發(fā)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(fā)器適用于2.3~2.7GHz頻帶，支持固定、便攜式和移動WiMAX系統(tǒng)。
WiMAX即全球微波接入互操作性(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，一直被視作有線數(shù)字用戶線路(DSL)技術(shù)的無線替代。這種無線城域網(wǎng)(WirelessMAN)技術(shù)可為基站周圍30英里以內(nèi)的固站用戶和基站周圍10英里以內(nèi)的移動站用戶提供高數(shù)據(jù)率的通信服務(wù)。WiMAX設(shè)備的工作“規(guī)則”由幾種IEEE標(biāo)準(zhǔn)定義，IEEE 802.16-2004規(guī)定固定WiMAX系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)，授權(quán)頻帶在2.5~3.5GHz附近，免授權(quán)頻帶在5.2和5.8GHz間。按照IEEE 802.16e的定義，移動WiMAX被明確規(guī)定為允許移動設(shè)備從一個基站向另一個基站切換以實(shí)現(xiàn)漫游，它專門針對工作在2.3GHz和2.7GHz頻帶的系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。固定WiMAX基于正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)，而移動WiMAX同時采用了OFDM和正交頻分多址訪問(OFDMA)技術(shù)。
WiMAX采用了大量不同的調(diào)制格式，包括BPSK、QPSK、16QAM和64QAM，根據(jù)接收信號的強(qiáng)度來轉(zhuǎn)換調(diào)制格式。通過這種自適應(yīng)的調(diào)制方案，傳輸率可達(dá)75Mbps。WiMAX信號以突發(fā)脈沖形式被發(fā)送，其幀結(jié)構(gòu)分為前導(dǎo)信號(Preamble)和數(shù)據(jù)區(qū)。對WiMAX信號進(jìn)行2048點(diǎn)的快速傅立葉變換(FFT)，可把類噪聲信號從頻域轉(zhuǎn)換到時域。
MAX2837單芯片收發(fā)器(圖1)整合了RF到基帶接收信號路徑和基帶到RF發(fā)射路徑。它采用先進(jìn)的SiGe BiCMOS工藝，功耗和噪聲系數(shù)都很低，從而擁有出色的接收器靈敏度。這款收發(fā)器帶有一個零中頻(zero-IF)直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)，其中包括步長20Hz的低相噪快速轉(zhuǎn)換Δ-Σ小數(shù)N分頻鎖相環(huán)(PLL)頻率合成器。這種零中頻架構(gòu)的鄰信道載波泄漏極低，無需頻率校正。相比傳統(tǒng)的超外差收發(fā)器架構(gòu)需要外部表面聲波(SAW)濾波器進(jìn)行信道濾波，MAX2837則是在自己的接收和發(fā)送部分中集成了單片式基帶濾波器。
為支持合成器，MAX2837還集成了一個壓控振蕩器(VCO)和一個數(shù)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(bǔ)償晶振TCXO。DCXO結(jié)合這一合成器，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字自動頻率控制(AFC)，從而擴(kuò)展了系統(tǒng)范圍，同時保持WiMAX標(biāo)準(zhǔn)(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(diào)諧步長小于1PPM，固有單調(diào)性，允許AFC算法的開發(fā)，整個工作溫度范圍上總體頻率誤差保持在1PPM之內(nèi)。
小數(shù)N分頻PLL合成器甚至還可以采用價廉的非調(diào)諧晶振。代替數(shù)字調(diào)諧晶振的負(fù)載電容，可以25Hz步長調(diào)節(jié)RF頻率，以消除頻率誤差。與參考時鐘(晶振)相關(guān)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(diào)制解調(diào)器插補(bǔ)中被數(shù)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(guān)、發(fā)射器功率放大器以及少量無源元件之外，要構(gòu)成一個完整的WiMAX RF收發(fā)器前端幾乎不再需要什么額外的電路了。
WiMAX即全球微波接入互操作性(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，一直被視作有線數(shù)字用戶線路(DSL)技術(shù)的無線替代。這種無線城域網(wǎng)(WirelessMAN)技術(shù)可為基站周圍30英里以內(nèi)的固站用戶和基站周圍10英里以內(nèi)的移動站用戶提供高數(shù)據(jù)率的通信服務(wù)。WiMAX設(shè)備的工作“規(guī)則”由幾種IEEE標(biāo)準(zhǔn)定義，IEEE 802.16-2004規(guī)定固定WiMAX系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)，授權(quán)頻帶在2.5~3.5GHz附近，免授權(quán)頻帶在5.2和5.8GHz間。按照IEEE 802.16e的定義，移動WiMAX被明確規(guī)定為允許移動設(shè)備從一個基站向另一個基站切換以實(shí)現(xiàn)漫游，它專門針對工作在2.3GHz和2.7GHz頻帶的系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。固定WiMAX基于正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)，而移動WiMAX同時采用了OFDM和正交頻分多址訪問(OFDMA)技術(shù)。
WiMAX采用了大量不同的調(diào)制格式，包括BPSK、QPSK、16QAM和64QAM，根據(jù)接收信號的強(qiáng)度來轉(zhuǎn)換調(diào)制格式。通過這種自適應(yīng)的調(diào)制方案，傳輸率可達(dá)75Mbps。WiMAX信號以突發(fā)脈沖形式被發(fā)送，其幀結(jié)構(gòu)分為前導(dǎo)信號(Preamble)和數(shù)據(jù)區(qū)。對WiMAX信號進(jìn)行2048點(diǎn)的快速傅立葉變換(FFT)，可把類噪聲信號從頻域轉(zhuǎn)換到時域。
MAX2837單芯片收發(fā)器(圖1)整合了RF到基帶接收信號路徑和基帶到RF發(fā)射路徑。它采用先進(jìn)的SiGe BiCMOS工藝，功耗和噪聲系數(shù)都很低，從而擁有出色的接收器靈敏度。這款收發(fā)器帶有一個零中頻(zero-IF)直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)，其中包括步長20Hz的低相噪快速轉(zhuǎn)換Δ-Σ小數(shù)N分頻鎖相環(huán)(PLL)頻率合成器。這種零中頻架構(gòu)的鄰信道載波泄漏極低，無需頻率校正。相比傳統(tǒng)的超外差收發(fā)器架構(gòu)需要外部表面聲波(SAW)濾波器進(jìn)行信道濾波，MAX2837則是在自己的接收和發(fā)送部分中集成了單片式基帶濾波器。
為支持合成器，MAX2837還集成了一個壓控振蕩器(VCO)和一個數(shù)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(bǔ)償晶振TCXO。DCXO結(jié)合這一合成器，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字自動頻率控制(AFC)，從而擴(kuò)展了系統(tǒng)范圍，同時保持WiMAX標(biāo)準(zhǔn)(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(diào)諧步長小于1PPM，固有單調(diào)性，允許AFC算法的開發(fā)，整個工作溫度范圍上總體頻率誤差保持在1PPM之內(nèi)。
小數(shù)N分頻PLL合成器甚至還可以采用價廉的非調(diào)諧晶振。代替數(shù)字調(diào)諧晶振的負(fù)載電容，可以25Hz步長調(diào)節(jié)RF頻率，以消除頻率誤差。與參考時鐘(晶振)相關(guān)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(diào)制解調(diào)器插補(bǔ)中被數(shù)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(guān)、發(fā)射器功率放大器以及少量無源元件之外，要構(gòu)成一個完整的WiMAX RF收發(fā)器前端幾乎不再需要什么額外的電路了。
