Архитектура радиочастотной части оборудования WiMAX PDF Print E-mail
Written by Administrator   
Sunday, 19 August 2012 22:24


В оборудовании WiMAX используют разный подход к обеспечению дуплексного разноса. Применяют либо частотное дуплексирование FDD, либо временное дуплексирование TDD, либо их комбинации. Для мобильных терминалов радиоблоки могут проектироваться для работы в полудуплексном режиме HFDD (Half-Duplex Frequency Division dyplex). Приемники проектируют как с промежуточной частотой IF (Intermediate Frequency), так и с прямым преобразованием частоты DC (Direct Converter), еще такие приемники называют приемниками с ZIF (Zero Intermedia Frequency) — с нулевой промежуточной частотой.

TDD. На рис. 7.1 показана радиочастотная часть в режиме TDD. TDD-системы реализуют одну и ту же частотную полосу и на передачу, и на прием. Требуется только один гетеродин (синтезатор) LO (Local Oscillator). В итоге нужен только один радиочастотный фильтр (РФ), служащий и для передатчика, и для приемника. Синтезатор и радиочастотный фильтр в таком варианте работают непрерывно. Электронный переключатель подключает к антенне поочередно либо выход передатчика, либо вход приемника. РФ в TDD-системе требуется для ограничения от внеполосных помех на входе приемника, а не для подавления своих помех во время передачи, как это требуется в FDD, где РФ должен подавлять внеполосное излучение.

Заметим, что в режиме TDD в приемнике нет интерференции от собственного передатчика, так как приемник и передатчик работают в разное время (поочередно). Помехи из-за работы передатчика 1 будут интерферировать с принимаемым сигналом в приемниках других станции. Однако есть и недостатки. В силу чередования передачи и приема в одной и той же полосе частот снижается скорость передачи данных по сравнению с системой FDD, где данные передаются и принимаются независимо и непрерывно. Программное обеспечение MAC-уровня имеет тенденцию к усложнению процедур по сравнению с FDD и требует точной взаимной синхронизации тайм-слотов всех пользователей и на передачу, и на прием. Наблюдаются значительные взаимные помехи из-за многократных включений-отключений выходной мощности. Заметим, что за время переходных процессов в фильтре имеется тенденция к тому, что в SS будут возникать дополнительные разделительные интервалы времени, когда нет влияния интерференции. В эти интервалы времени (когда устанавливается плоская часть характеристики фильтра) не ведутся ни прием, ни передача данных. В итоге в системе TDD за одно и то же время можно передать меньшее количество данных, чем с FDD.

TDD-системы предпочтительны в нелицензированных полосах частот, где помеховая ситуация хуже, чем в лицензированных полосах, и может меняться во времени. Поскольку стоимость систем с TDD несколько ниже, чем с FDD, то их использование в нелицензированных (поэтому и более доступных по цене) полосах частот вполне оправдано.

FDD. На рис. 7.2 приведена структурная схема радиочасти системы FDD. К частотным характеристикам РФ, особенно к крутизне скатов их частотных характеристик, предъявляются высокие требования. Зато нет необходимости использования переключателя на прием/передачу, что облегчает время установления характеристик, в результате устройство радиочастотной части проще, чем в TDD. Передача и прием ведутся одновременно. Применение FDD по сравнению с TDD не ведет к снижению скорости или ухудшению BER. Дуплексный разнос по частоте обычно выбирается от 50 МГц до 100 МГц.
Шумы (помехи), создаваемые собственным передатчиком, должны быть на 10    дБ ниже уровня шумов, создаваемых на входе приемника при отключенном передатчике. В этом случае одновременная работа передатчика с приемником приводит к ухудшению отношения сигнал/шум на входе приемника лишь на 0,5 дБ.

К сожалению, для обеспечения необходимых характеристик приходится обычно использовать в FDD-системах полые резонаторы или керамические фильтры, стоимость которых довольно высока. Стоимость полых резонаторов порядка $35 за штуку, а стоимость керамического фильтра порядка $8.

Дня лицензированных полос хотя и не имеется единого требования на оборудование, однако частотный ряд полос фиксирован, поэтому передатчики и приемники, аналогичные друг другу, можно менять местами (например, как временная мера при ремонте или измерениях).
Система с HFDD может применяться как в лицензируемых, так и в нелицензируемых полосах частот. Передатчик и приемник SS могут работать либо на одной и той же частоте, как в TDD, либо иметь небольшой частотный разнос. Это обеспечивает гибкий подход в разработке оборудования. Стоимость оборудования HFDD близка к стоимости оборудования TDD.

Intel разработал чип радиомодуля станции пользователей, поддерживающий оба режима TDD или HFDD.

Проектирование оборудования окажется более гибким, если к чипу с программной обработкой (МАС-уровень) иметь возможность подключать радиочастотный чип того или иного диапазона частот. Производители оборудования имеют возможность оптимизировать схемотехнику радиочастотной части за счет оптимального распределения аппаратной и программной составляющих.

Радиочастотный интерфейс. Радиочастотный модуль (в виде чипа), производящий фильтрацию, автоматическую регулировку усиления АРУ (AGC), демодулятор в приемнике и модулятор, преобразующие цифровые данные в радиосигнал, и наоборот.

Процедуру измерения мощности, коррекции влияния температуры, АРУ и управление уровнем мощности несущей можно выполнить программно на нижнем слое МАС-уровня. Таким образом, функции физического уровня передатчика можно распределить между МАС-уровнем и чипом радиомодуля. Разумно в радиочипе оставить основные узлы трансивера, распределив второстепенные по периферии оборудования. Управление синтезаторами тоже целесообразно установить на периферийном оборудовании.

АРУ должно иметь время реагирования порядка микросекунд для мобильных терминалов и порядка миллисекунд для стационарных терминалов. РФ для варианта HFDD не должны быть вынесены на периферию, поскольку при переключениях режима передача/прием и так существует потеря времени на переходной процесс.

При проектировании радиомодулей следует обращать внимание на два главных параметра: уровень собственных шумов и линейность характеристик.