CN101202556B

CN101202556B - Wimax宽带无线通信射频系统

Info

Publication number: CN101202556B
Application number: CN2007100233092A
Authority: CN
Inventors: 赵小虎; 丁韡; 唐述强; 倪晓清; 宋波; 刘学武; 水泉; 茹炎
Original assignee: Anhui Sun Create Electronic Co Ltd
Current assignee: Anhui Sun Create Electronic Co Ltd
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2027-06-06
Also published as: CN101202556A

Abstract

本发明公开了一种Wimax宽带无线通信射频系统，主要包括中频芯片Se7051L10、射频芯片TRF2436；SE7051L10中频芯片在发射时隙内完成I、Q基带信号上变频为380MHz的固定中频信号，在接收时隙内完成接收的380MHz的固定中频信号下变频为零中频的I、Q基带信号，完成合成IF和RF所需的LO功能；其中中频LO频率为固定的380MHz；RF本振频率可选，以便系统工作在期望的工作信道内；TRF2436在发射时隙内完成380MHz的固定中频信号上变频到所需的RF信道频率，在接收时隙内完成接收的RF信号放大并下变频为380MHz的固定中频信号。点对点测试时，信道带宽3.5MHz接收机灵敏度-75dBm(64QAM-3/4)，优于802.16d协议标准2dB。

Description

Wimax宽带无线通信射频系统

技术领域

本发明涉及通信领域，具体的说是一种Wimax宽带无线通信射频系统。

背景技术

近几年IEEE802.16系列宽带无线接入技术标准受到业界的广泛关注，Intel等世界大型电信设备制造商成立了WiMAX论坛旨在协调网络设备的互操作性以及推动WiMAX的发展和普及。作为定位于户外应用的宽带无线接入技术WiMAX，无论从技术角度上还是从应用角度上看都有着一系列显著的特点。无论对于用户还是对于电信运营商都有着极大的吸引力。

802.16d是802.16的一个修订版本，也是相对比较成熟并且最具实用性的一个标准版本，在2004年下半年正式发布。802.16d对2-66GHz频段的空中接口物理层和MAC层做了详细规定，定义了支持多种业务类型的固定宽带无线接入系统的MAC层和相对应的多个物理层。该标准对前几个标准进行了整合和修订，但仍属于固定宽带无线接入规范。它保持了802.16、802.16a等标准中的所有模式和主要特性，增加或修改的内容用来提高系统性能和简化部署，或者用来更正错误、补充不明确或不完整的描述，包括对部分系统信息的增补和修订。

发明内容

本发明提供一种Wimax宽带无线通信射频系统，主要是参照802.16d固定无线传输宽带技术标准；是针对Wimax宽带无线接入产品而设计的射频系统，它的作用是为基带信号处理单元提供零中频基带信号或基带I、Q信号。

本系统射频工作频率为5.725GHz-5.850GHz。

本发明可以通过以下技术方案予以实现。

本发明的Wimax宽带无线通信射频系统，主要包括中频芯片Se7051L10、射频芯片TRF2436；其特征在于，基带处理模块发出的Tx-I、Tx-Q差分信号通过I、 Q成形滤波器滤波后，把信号送至中频芯片SE7051L10的引脚24、引脚25、引脚22、引脚23；VCTCXO芯片作为参考时钟产生20MHz正弦波信号一路输出给基带处理单元，作为系统同步参考，另一路输出给中频芯片SE7051L10内置的中频及射频频综器；该信号经中频频综器分频器、射频频综器分频器分频后、分别作为中频频综器鉴相器、射频频综器鉴相器比较参考频率；中频及射频本振信号经内置的中频频综分频器、射频频综分频器分频后，作为中频及射频的比较频率，中频鉴相器输出的误差电压经过引脚35输入到IF环路滤波器，IF环路滤波器把滤波后的误差电压经过引脚29、引脚30传送给中频VCO；射频鉴相器输出的误差电压经过引脚7输入到RF环路滤波器，RF环路滤波器输出误差电压信号送给射频VCO；中频芯片SE7051L10的引脚11、引脚12输出的发差分中频信号，经过阻抗变换分别送至两只中频收发选择开关HWS466的引脚1；分别由HWS466的5脚输出，经声表滤波器的输入匹配后，送入声表滤波器856464的4、5引脚，输出信号由声表滤波器的9、10引脚输出，经声表滤波器输出阻抗匹配网络匹配后送至射频芯片TRF2436的7、8脚；由射频频综器输出的射频本振信号经过放大器RF2336芯片放大后，再经过巴伦转换将所述的射频本振信号转变为双端平衡的差分本振信号，送至射频芯片TRF2436的5、6引脚；经TRF2436内置的本振倍频器倍频后，送至内置混频器，内置混频器输出射频信号由9引脚输出，此射频信号包含本振信号、上下边带信号及其他们的谐波分量，经收发射频滤波器取出下边带射频信号，送至射频芯片TRF2436的14引脚；射频芯片TRF2436内置两只收发开关在收发使能信号T/R的控制下，将射频信号送至发射通道，从射频芯片TRF2436的25引脚输出射频放大信号后，经滤波、数控衰减、收发开关控制、功率放大器送至天线接口；射频接收信号经射频滤波，收发开关控制，低噪声放大，收发开关控制送止TRF2436的25引脚，在收发开关控制信号控制下，经接收缓冲放大，下变频为接收中频信号送至射频芯片TRF2436的7、8脚；与发射通道类似，接收中频信号经匹配后的声表滤波器滤波后，送至中频收发选择开关，两个中频收发选择开关HWS466的4引脚、6引脚分别接开关控制信号，6引脚与4引脚之间用一非门进行连接；两个中频收发选择开关HWS466的3引脚输出接收中频差分信号，经过阻抗变换网络变换输入到中频芯片SE7051L10的2、3引脚，接收I、Q基带信号由中频芯片SE7051L10的45、46、47、48引脚输出，送至接收基带差分滤波器。

本发明的具体组成：

SIGE公司生产的中频芯片SE7051L10及其外围电路。

Texas instruments公司生产的射频芯片TRF2436及其外围电路

Rakon公司生产的VCTCXO型号为IVT5310BE，为系统提供20MHz参考时钟；同时外部电压控制时钟频率，可保证系统收发之间，或用户端与基站之间的频率偏差更小。

Z-COMM公司生产的VCO型号为V844ME12，与中频芯片SE7051L10一起，为系统提供射频本振。

XINGER公司生产的巴仑，型号为BD3150L50200A00，功能：将中频芯片SE7051L10合成的单端不平衡射频本振转化为TRF2436所需的双端平衡射频本振。

RFMD公司生产的放大器RF2336，功能：将射频本振放大并改善本振输入输出之间的隔离度。

TriQuint Semiconductor公司生产的声表滤波器856464及其输入输出匹配电路，功能：完成中频滤波。

HEXAWAVE公司生产的中频收发选择开关HWS466，功能：在收发切换控制信号控制下，将中频芯片SE7051L10各自独立的差分输入输出收发中频，转换成TRF2436要求共用的中频差分输入输出；同时完成射频通道的收发切换。

由LC电路组成的收发基带滤波器。

本发明中主要芯片的功能：

SE7051L10中频芯片主要完成以下功能

a：在发射时隙内完成I、Q基带信号上变频为380MHz的固定中频信号；

b：在接收时隙内完成接收的380MHz的固定中频信号下变频为零中频的I、Q基带信号；

c：完成合成IF和RF所需的L0功能；其中中频L0频率为固定的380MHz；RF本振频率可选，以便系统工作在期望的工作信道内。

d：在发射和接收通道，均内置可变增益放大器，同时Tx通道具有18dB的增益控制范围(步进6dB)，和50dB TX增益控制范围(步进1dB)，Rx通道具有50dB的自动增益控制范围。

TRF2436完成以下功能

a：在发射时隙内完成380MHz的固定中频信号上变频到所需的RF信道频率。

b：在接收时隙内完成接收的RF信号放大并下变频为380MHz的固定中频信号。

c：片内内置收发开关、低噪声放大器及开关控制的功率放大器。

d：内置射频本振倍频器。

本发明具有以下优点：

a：低成本

由于选用的是高集成，大批量的通信集成块完成设计，大批量生产时，整机成本几十美元。

b：高性能

点对点测试时，信道带宽3.5MHz接收机灵敏度-75dBm(64QAM-3/4)，优于802.16d协议标准2dB。

c：结构简单

由于系统选用TDD模式工作，无须过分考虑收发隔离，整机收发在同一块PCB板上完成，收发之间不需要增加屏蔽盒；也不须增加改善收发隔离的双工器。d：调试、安装、维修方便

由于选用的器件均为内匹配的器件，一致性好，只要器件安装正确，工艺不出差错，几乎为免调试产品。整机重量轻，安装方便；维修时能迅速定位故障点。

附图说明

图1为系统增益及功率电平流程图：(a)为图右部分，(b)为图左半部分

图2为发射增益分配及功率电平流程图

图3为接收增益分配及功率电平流程图

具体实施方式

参见附图。

本设备采用超外差时分双工方式来完成设计，在全球芯片厂商未推出5.725GHz-5.850GHz频段，符合Wimax标准的射频套片之前，成功选用SIGE公司生产的中频芯片SE7051L10和Texas instruments公司生产的射频芯片TRF2436来完成设计。中频频率固定为380MHz，射频频率在5.725GHz-5.850GHz频段内可选。

本发明当为发射通道时基带处理模块发出的Tx-I、Tx-Q差分信号通过I、Q成形滤波器滤波后，把信号送至中频芯片SE7051L10基带处理模块发出的Tx-I、Tx-Q差分信号分别通过发射I、Q成形滤波器滤除由基带处理模块非线形产生的谐波分量后，送至中频芯片SE7051L10的24、25、22、23引脚。IVT5310BE产生的20MHz正弦波信号一路隔离输出给基带处理单元作为系统同步参考，另一路经中频芯片SE7051L10内置中频频综器分频器、射频频综器分频器分频后、分别作为中频频综器鉴相器、射频频综器鉴相器比较参考频率；中频频综器分频值N_IF、N_IF射频频综器分频值N_RF、N_RF分别由软件控制中频芯片SE7051L10内置寄存器的值来实现；频综器所需的中频及射频环路滤波器分别由外部二阶环路滤波器来实现；射频VCO由V844ME12产生，至此中频芯片SE7051L10中频频综器、射频频综器分别合成系统所需的固定中频本振760MHz和可变的射频本振3050MHz～3120MHz。中频本振760MHz经中频芯片SE7051L10内置二分频器分频后，产生系统要求的380MHz中频本振，380MHz中频本振一路直接送至SE7051L10内置I混频器，另一路经90°移相后送至SE7051L10内置Q混频器；I、Q信号经差分混频成I、Q差分380MHz发中频信号，经中频合成器转换为380MHz差分发中频信号，经前置可变增益放大器、前置放大器放大到合适电平经SE7051L10的11、12脚输出。11、12脚输出的差分中频信号经阻抗变换网络转换为100Ω差分输出阻抗信号。发中频差分信号分别送至中频收发选择开关HWS466的1脚，收中频差分信号分别由中频收发选择开关HWS466的3脚输出；中频收发选择开关HWS466的4引脚接开关T/R、6引脚接控制开关，6引脚与4引脚之间用一非门进行连接；6引脚的控制信号由4引脚信号非门产生，当6引脚信号为高电平时，开关工作在发状态，发差分信号分别由两个中频收发选择开关HWS466的5脚输出，经声表滤波器的4、5引脚进行匹配后输入，经声表滤波器输出到阻抗匹配网络匹配后，输出信号由声表滤波器的9、10引脚进行匹配后输出送至射频芯片的7、8脚。由射频频综分频器输出的射频本振信号经过放大器RF2336芯片放大后，再经过巴伦转换将所述的射频本振信号转变为双端平衡的差分本振信号，送至射频芯片TRF2436的5、6引脚；

射频芯片TRF2436在收发使能的控制下，收发交替工作。收发使能为高电平时，射频芯片工作状态为发射；反之，收发使能为低电平时，射频芯片工作状态为接收。

射频芯片TRF2436的5、6引脚差分本振信号经射频芯片内置本振倍频器倍频后，送至内置混频器。内置混频器将射频芯片的7、8差分中频信号上变频为射频信号，此射频信号包含本振信号、上下边带信号及其他们的谐波分量，由射频芯片的9脚输出，经单片集成滤波器取出所需的下边带射频信号，送至射频芯片的14脚，内置两只收发开关在收发使能信号的控制下，将射频信号送至发射通道，发射通道的三级功率放大器分别由射频芯片的15、17、19引脚发射使能信号控制。发射使能信号为高电平时，功率放大器正常工作，发射使能信号为低电平时，功率放大器关闭。发射通道正常工作时，射频通道将射频信号放大后，由射频芯片的25脚输出，经滤波、放大、数控衰减、收发开关控制、功率放大器送至天线接口。

本发明当为接收通道时，发射通道类似，多为共用通道，但共用通道上接收信号的信号流程与发射信号的信号流程输入输出相反。接收控制信号与发射控制信号高低电平相反。

射频芯片TRF2436在接收通道，为改善系统动态指标，增加了一级16dB的可变增益放大器，其增益控制由37脚控制信号的高低来决定，当该控制信号为高时，增益减小16dB。中频收发选择开关HWS466的3引脚送出的接收中频信号分别送至中频芯片SE7051L10的2、3引脚；接收I、Q基带信号由中频芯片SE7051L10的46、47、48、49引脚输出，送至接收基带差分滤波器。经滤波后送至基带处理单元。

Claims

1.一种wimax宽带无线通信射频系统，主要包括中频芯片Se7051L10、射频芯片TRF2436；其特征在于，基带处理模块发出的Tx-I、Tx-Q差分信号通过I、Q成形滤波器滤波后分别得到I信号、Q信号，把I信号送至中频芯片SE7051L10的引脚24、引脚25，把Q信号送至中频芯片SE7051L10的引脚22、引脚23；VCTCXO芯片作为参考时钟产生20MHz正弦波信号一路输出给基带处理单元，作为系统同步参考，另一路输出给中频芯片SE7051L10内置的中频及射频频综器；该正弦波信号信号经中频频综器分频器、射频频综器分频器分频后、分别作为中频频综器鉴相器、射频频综器鉴相器比较参考频率；中频及射频本振信号经内置的中频频综分频器、射频频综分频器分频后，作为中频频综器鉴相器、射频频综器鉴相器的比较频率，中频频综器鉴相器输出的误差电压经过引脚35输入到IF环路滤波器，IF环路滤波器把滤波后的误差电压经过引脚29、引脚30传送给中频VCO；射频频综器鉴相器输出的误差电压经过引脚7输入到RF环路滤波器，RF环路滤波器输出误差电压信号送给射频VCO；中频芯片SE7051L10的引脚11、引脚12输出的发差分中频信号，经过阻抗变换分别送至两只中频收发选择开关HWS466的引脚1；分别由HWS466的5脚输出，经声表滤波器的输入匹配后，送入声表滤波器856464的4、5引脚，输出信号由声表滤波器的9、10引脚输出，经声表滤波器输出阻抗匹配网络匹配后送至射频芯片TRF2436的7、8脚进入内置混频器；由射频频综器输出的射频本振信号经过放大器RF2336芯片放大后，再经过巴伦转换将所述的射频本振信号转变为双端平衡的差分本振信号，送至射频芯片TRF2436的5、6引脚；经TRF2436内置的本振倍频器倍频后，送至内置混频器，内置混频器输出射频信号由9引脚输出，此射频信号包含本振信号、上下边带信号及其他的谐波分量，经收发射频滤波器取出下边带射频信号，送至射频芯片TRF2436的14引脚；射频芯片TRF2436内置两只收发开关在收发使能信号T/R的控制下，将射频信号送至发射通道，从射频芯片TRF2436的25引脚输出射频放大信号后，经滤波、数控衰减、收发开关控制、功率放大器送至天线接口；射频接收信号经射频滤波，收发开关控制，低噪声放大，收发开关控制送至TRF2436的25引脚，在收发开关控制信号控制下，经接收缓冲放大，下变频为接收中频信号送至射频芯片TRF2436的7、8脚：与发射通道类似，接收中频信号经匹配后的声表滤波器滤波后，送至中频收发选择开关，两个中频收发选择开关HWS466的4引脚、6引脚分别接开关控制信号，6引脚与4引脚之间用一非门进行连接；两个中频收发选择开关HWS466的3引脚输出接收中频差分信号，经过阻抗变换网络输入到中频芯片SE7051L10的2、3引脚，接收I、Q基带信号由中频芯片SE7051L10的45、46、47、48引脚输出，送至接收基带差分滤波器，经滤波后，送至基带处理单元。