Радиочастотная часть оборудования WiMAX PDF Print E-mail
Written by Administrator   
Sunday, 19 August 2012 22:23

Ввиду недостаточной номенклатуры интегрированных радиочастотных модулей, пригодных для непосредственного применения в оборудовании стандарта WiMAX, мы рассматриваем здесь аспекты построения радиоблоков из составляющих. Основными проблемами, с которыми приходится встречаться разработчикам радиочастотной части современных трансиверов, являются выбор архитектуры построения трансивера, определение необходимых параметров отдельных узлов, учет ограничений на электрические характеристики узлов, выбор элементной базы, сложность изготовления, стоимость. Иными словами, это многокритериальная задача, требующая поиска компромиссных вариантов.

В условиях массового производства и применения решающими могут стать стоимость изделия и его надежность в эксплуатации. Стоимость определяется как стоимостью каждого элемента и количеством необходимых элементов, так и сложностью изготовления конечного продукта. Надежность в работе может определяться степенью сложности оборудования и надежности отдельных его элементов.

Рассмотрим некоторые аспекты, возникающие при проектировании и разработке радиомодуля для WiMAX-систем.

Существуют три основных компонента, определяющих сложность архитектуры трансивера и его стоимость. Это синтезатор частоты (гетеродин) LO (Local Oscillator), усилитель мощности РА (Power Amplifier) и радиочастотные фильтры.

Синтезатор. Спецификации WiMAX требуют от синтезатора высокой температурной и частотной стабильности. Не менее важным является и фазовая стабильность. Суммарное среднеквадратичное значение фазового шума должно быть меньше 1 градуса в полосе частот порядка 1/2 полосы частот спектра канала. Кратковременные отклонения частоты во всей полосе радиосигнала должны быть порядка 100 Гц и менее. При частоте несущей 2—10 ГГц обеспечение такой стабильности — весьма жесткое требование. Поскольку работа трансиверов в системе WiMAX носит импульсный (пачечный) характер с переключениями как по времени, так и по частоте, то синтезатор должен иметь малое время переходных процессов (желательно не более 100 мкс). Синтезатор должен обеспечивать опорную частоту во всем диапазоне рабочих частот (возможно даже с дробным делением частоты) данного типа оборудования, причем необходимо поддерживать одинаковую амплитуду выходного напряжения. Амплитудные, частотные и фазовые шумы синтезатора в конечном итоге добавляют шумы при преобразованиях в состав шума принимаемого сигнала.

Синтезатор частоты составляет, пожалуй, главную стоимость радиочастотной части. Сегодня стоимость схемы синтезатора около $30.

Усилитель мощности. Модуляция широкополосным сигналом требует высокой линейности усилителя мощности. Поддержание высокой линейности передаточной характеристики усилителя требует энергетических затрат. Обычно в усилителях мощности радиочастоты применяют полевые транзисторы с кпд 4—5% в режиме А. В режиме АВ кпд может достигать 15—18%. При пачечном характере работы неравномерность мощности на рабочем (плоском) участке спектральной плотности допускается не более 2,5% (типовое значение < 0,1 дБ). На ухудшение неравномерности выходной мощности на участке рабочего режима сказывается температурный нагрев элементов цепи смещения и самих транзисторов. Время изменения характеристик из-за нагрева составляет от 100 секунд до миллисекунд. Поэтому важно располагать как можно ближе друг к другу выходные транзисторы и цепи смещения, чтобы они находились в одной температурной зоне.

Нельзя упускать из виду и время переходного процесса выхода усилителя мощности на рабочий участок при пачечном включении и отключении после передачи пачки. Время установления до уровня 0,9 от максимального и время спада мощности после отключения составляет -100 мкс, что приемлемо при полудуплексной схеме. Однако более благоприятным считается иметь время на переходной процесс установления выходной мощности ~6 мкс.

Для мобильных терминалов определяющим может стать энергопотребление и массогабаритные параметры.

Радиочастотные фильтры. Компромиссом в выборе фильтра являются стоимость и обеспечение высокой линейности АЧХ в рабочем диапазоне, большой крутизны скатов. Обеспечение высокой линейности и крутизны ведет к усложнению фильтра и (о чем следует помнить!) увеличению времени на переходной процесс при подаче сигнала и после его окончания. Чем лучше частотно-временные характеристики фильтра, тем выше его стоимость. К примеру, стоимость наиболее применяемых фильтров на основе объемных резонаторов составляет ~$32 (при этом габариты фильтра относительно большие), керамических фильтров ~$8, фильтров на поверхностно-акустических волнах ПАВ (SAW) ~$2.