MIMO、ASS与OFDMA面临的RF挑战
天线分集是一种以较低成本增强低成本用户站性能的重要技术，它有助于减轻一些严重降低系统性能，甚至在一些情形下导致系统无法运行的信道损耗(如多路径、遮蔽及干扰)所造成的影响。由于采用多个天线，系统的链路预算可通过降低信道衰落或在某些实施中提供阵列增益而得到显著提升。按由低到高的复杂性实施多种设计方案，最终都将获得最佳增益。基本设计包括选择分集合成(SDC)、等增益合成(EGC)以及最大比率合成(MRC)。SDC方案对多个天线分支的接收性能进行采样，并从中选出能够使接收器信噪比最大的天线分支。为确保正常工作，每个天线分支必须不受信道衰落特性的影响。为了实现这一点，可以让天线在空间上彼此分离，并采用不同的极性，亦或采用天线的组合设计。通过零阶贝塞尔函数，利用方程ρ=J02(2nd／λ)近似计算得出天线的空间相关性(见下图)。从图中可看出，通过使空间分离度高于三分之一波长并满足小外形用户站的需求，可获得相对无关联的天线分支。
为获得最佳SDC性能，选择过程和数据收集必须在相干时间内完成。相干时间是传播波在时间和空间上保持近似恒定的相位关系的一段时间。当相干时间过去后，应再次对天线进行采样，以计算预期的信道变化，并支持再次选择最佳天线。对希望具有交互式上行链路(UL)和下行链路(DL)信道特性的TDD系统来说，选定的接收天线也可作为发射天线使用。SDC技术看似简单，但如果算法有效，系统增益可以得到很大提升。
有两个性能指数可以衡量天线分集方案的增益提升效果，即分集增益和阵列增益。在变化的信道条件下，与单天线阵列系统相比，分集增益相当于降低了多天线阵列系统中本地信号强度波动的增益变化。分集增益增加使得衰落深度减小，这是因为多天线系统的每个天线根据不同的频率和时间采用不同的衰落信道。阵列增益是与通过多天线阵列系统增强方向性有关的天线增益的累积。在典型的系统中，随着天线阵列元索的增多，增益将以101og(n)的速度增加，这里的n为天线阵列中天线的数量。这意味着每两个天线将带来一倍的增益提升。
SDC方案没有阵列增益这个指标，这是因为n个天线中只有一个天线可在任何情况下使用。但是，通过空间或极化分集，SDC方案具有稳定的分集增益。
另一个采用多天线的基本天线分集技术为EGC。与SDC方案不同，该算法并未从n条天线中选出一个天线，而是合成了所有天线的功率。多个独立信号分支是共相位的，每个分支的增益都一样(等增益)，然后将所有分支增益合成在一起。EGC天线分集技术实现了分集增益，同时也产生了阵列增益。因此它能比SDC提供更高的天线分集增益(见46页的表)。为获得天线分集的最佳增益，可采用天线的MRC。这种技术与EGC基本相似，但该算法尽量在合成所有天线功率之前，调节各天线的相位与增益。信号的累加过程可能在模拟域或数字域内完成。若累加过程在数字域内进行，则从RF到基带，每个独立天线分支都需要RF硬件。若MRC在模拟域中实现，则累加过程可能直接在RF上进行。由于对每个天线分支的频率选择信道特性都进行了补偿，所以在数字域处理后的性能将得到提升。
多输入多输出(MIMO)系统和自适应天线系统(ASS)可用于改进链路容限。采用MIMO系统需要多个具有多次模数转换的RF璇。采用集成的方法可降低这些多链路的成本。各接收链路之间的隔离度为20dB。RX链之间的增益和相位并无特殊匹配要求，这意味着射频设计非常简单。MIMO在TDD和FDD系统中运行良好，能在多路径环境中增加链路容限。
相反，对AAS或波束成形系统而言，TX和RX链需要在频率、增益和相位等方面实现匹配。但用户站通常不具备多链路。由于TX频率与RX频率相同，所以这类系统在TDD模式下运行良好。AAS限据从RX信道获取的信息评估TX信道，因此具有相同的频率有助于改善评估结果。
在OFDMA方案中，RF信道可分成多个子信道，因为使用的载波(tone)减少了，所以可以相应增大功率。对于不必在上行链路中发射大量数据的用户，只需分配一个较小带宽，以便能根据用户需求更有效地利用带宽。但这种技术也给无线网络设计带来很多挑战。在整个传输增益范围内，设计人员必须谨慎处理子信道之间的干扰和噪声。除了不存在频率隔离外，其它条件与FDD完全相同。由于滤波对该技术没有帮助，所以它要求出色的噪声性能与线性特性。OFDMA的另一个问题是RF的精确度必须保持在1％范围内，否则在各子信道内，不同用户可能发生冲突。
上面讨论了一些改善链路容限的方法，接下来介绍RF系统内的详细电路模块，这些模块对降低成本具有很大作用，包括占据射频系统主要成本的合成器、功率放大器和滤波器。
RF系统模块
1．合成器
合成器可以产生混合了输入RF信号的本振(LO)信号，以得到一个可以由基带IC进行数字化处理的频率较低的信号。WiMAX规范要求采用性能较高的合成器。合成器模块占据RFIC的大部分面积，因此该模块是RFIC中成本较高的一个部分。它的合成相位噪声低于1deg rms，合成频率为载波间隔的1／20至信道带宽的1／2。因此，在1.75MHz较小带宽下，相位噪声的合成最低可以从100Hz开始。对于HFDD架构，TX到RX频率的调整要在l00微秒内完成。信道量化的步长在3.5GHz频带内为125KHz。为调整并维持这个量化步长，需要考虑分数频率合成器。请注意，随着RF频率不断提高，获得低于1degrms的相位噪声将变得更加困难。与所有射频LO一样，AD转换时钟也要被看成将相位噪声增加到整体抖动指标上的LO。
2．功率放大器
宽带数字调制要求较高的线性度，但线性度高会产生较高的损耗。通常，效率和线性度难以实现最佳平衡。对于WiMAX，在距离输出P1 dB6dB的回退(backoff)点上，功率放大器的效率为4％～5％。这种回退会产生大约2.5％的误差矢量幅度(EVM)，或32dBc的信号噪声失真比(SNDR)。AB类功率放大器(PA)在该点上的效率可达15％～18％，而EVM值基本不变。
PA设计中常被忽略的参数是建立时间。启动PA后，功率将会发生过冲(或下冲)，然后趋于稳定(settle out)。在100毫秒的建立时间内，将达到低于0.1dB的最终值。对于OFDM符号，RX需要从帧开始到结束对载波功率进行评估。如果从帧开始至结束，功率下降的值大于0.1dB，则64位正交振幅调制(QAM)的BER将增大。功率下降的主要原因是偏压电路和输出功率场效应晶体管(FET)处于不同的散热点上。散热现象在100毫秒内持续产生影响。为减缓功率的降低，偏压电路要尽可能靠近输出FET，这样它们就可以保持相同的运行温度。某些情况下，PA可能需要在TX周期之前启动，这样PA就可以保持稳定或者减缓功率降低。这意味着在发射数据时需要一个触发信号，而利用MAC和PHY实现这一触发并非易事。对于HFDD模式，在100微秒的预算时间内，合成器必须稳定，且PA必须启动。一个切实可行的解决方案是将PA的建立时间设计成小于5微秒。
3．滤波器
滤波器用来消除邻近或备选信道产生的非期望信号，这些瞬时信号产生的噪声可泄漏到期望的频带内。因此，在接收器中滤波并没有效果，只有"干净"的发射信号才没有这种噪
声泄漏。
关于邻近信道的问题，主要挑战是线性度和滤波复杂性。如果非期望信道被滤除，则要求射频器件的功率回退少一些，并有更多的AD位可用于衰落容限。采用SAW滤波器有助于降低成本，它还具有最佳的滤波效果。但这种技术的主要缺点是它能支持的最大信道带宽是固定的。另一个问题是，采用固定IF难以支持很多RF频带。对杂散分析而言，最佳IF性能取决于RF。
片上滤波需要占据较大的裸片面积，而且随着信道带宽减小，裸片面积将增大。此外，片上滤波会产生更多噪声，它的优势在于可以调节滤波器以适应带宽要求。
对于基于I／Q的设计，采用片上滤波器很有必要。在片上进行滤波可以更好地匹配滤波器，这
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