WiMAX无线宽带终端设备的研制

2010-09-08叶华杰

中国新技术新产品 2010年8期

关键词：宽带接入物理层基带

叶华杰

（浙江工业大学，浙江杭州 310000）

引言

IEEE802.16标准是IEEE802委员会专门为宽带无线接入制定的标准,它定义了空中接口规范,其中包括物理层和媒体接入控制层的规范,可在固定和移动的环境提供高速的数据、语音和视频等业务,具有广阔的应用前景。

与其他无线通信技术相比，WiMAX的优势主要体现在：传输速率高，覆盖范围大；完善的QoS(服务质量)机制；较高的数据安全性；基于全IP的网络架构；开销及投资风险小；部署灵活，配置伸缩性强，可平滑升级。

1 硬件系统总体设计

WiMAX无线宽带接入设备，定位于搭建小型无线局域网的无线宽带接入设备，即实现将用户（无线终端设备）宽带接入主干网（internet）。基于以上功能，将硬件设计划分为以下3个功能模块分别设计：最小系统模块、无线接口模块和以太网接口模块。

下图描述了各个模块间的逻辑关系并显示了系统整体结构：

无线信号通过RF收发模块接收转换为数字信号，再送入MB87M3550基带芯片经过802.16协议栈处理后得到宿主信源所发送的数据信息，最后经以太网适配器，连接到主干网，通过此程完成无线网络与有线网络的对接，实现用户的无线宽带接入。

同时，MB87M3550为集成度很高的片上系统（SoC），内部存储空间极为有限，所以采用MB87M3550作为主控芯片肯定会需要外加一些FLASH和SDRAM等外围设备，会增加设备体积，但一般的AP设备对设备的小型化要求并不高，所以可以适当外扩芯片来提高系统性能。

2 处理器选择

本方案采用日本富士通公司的MB87M355 0 SoC芯片作为信号基带处理、802.16协议栈处理和主控制芯片。MB87M3550内部集成了一个ARM-926核的处理器，其工作频率可达200MHz以上，具有较强的处理能力和控制能力。MB87M3550片内还集成了MAC层控制单元并为以太网物理层留有MII网络PHYceiver控制接口，可以直接外扩PHYceiver芯片。同时，片内还集成10-bit的DAC和ADC转换器各两片，最高抽样率80MSps，负责模拟信号与数字信号间的转换。

通过在媒体接入控制层（MAC）到物理层（PHY）执行IEEE 802.16d无线宽带接入(BWA)标准，富士通的 WiMAX SoC，MB87M35 50可为用户站点和基站的应用提供高性价比的解决方案。这种高度集成的SoC可以为2～11GHz之间合适的许可或免许可频带实现MAC、PHY、电台控制和其它必要的模拟电路。

为了在MAC上层进行减负处理并增强性能，富士通WiMAX SoC中包括一个可独立的ARC RISC/DSP引擎，用来执行802.16低层MAC功能。芯片中以硬件基础的多个编码和解码引擎和该MAC低层处理器紧密相连，可为MAC的安全子层提供充分的安全。硬件解决方案如图2所示。

3 以太网接口设计

MB87M3550通过一个外部PHY(物理层)接口芯片可以实现以太网通讯，本设计采用AMD公司的AM79C874VF作为接口芯片，用TG110-E050N5RL作为收发驱动芯片，采用RJ-45作为标准网络接口。电路示意图如图3。

本方案选择的以太网PHYceiver芯片为AM79C874VF，AM79C874VF是符合10Base-T和100Base-TX CSMD/CD以太网标准的物理层设备，适合于双绞线收发。可用通过MII接口与带有MAC层的设备直接相连。

MII即媒体独立接口，它是IEEE-802.3定义的以太网行业标准。它包括一个数据接口，以及一个MAC和PHY之间的管理接口。数据接口包括分别用于发送器和接收器的两条独立信道。每条信道都有自己的数据、时钟和控制信号。MII数据接口总共需要16个信号。管理接口是个双信号接口：一个是时钟信号，另一个是数据信号。通过管理接口，上层能监视和控制PHY。

4 无线接口设计

射频模块选用SiGe公司的WiMAX射频模块。射频芯片为SE7351L、SE7051L10，此两款芯片是SiGe公司开发的WiMAX射频芯片，两者有较好的协调性，同时也是富士通公司为MB87M3550推荐的射频芯片。其中SE7351L是工作在3.3～3.8GHz频带上的，低噪声、高线性化的前段收发器，接收信号时将3.3～3.8GHz的RF信号下变频为200MHz～600MHz的IF信号，发送信号时则相反。

基带板通过无线接口为射频供电，供电电平分别为：+8.5V、+5.5V、+3.3V，同时为射频的PLL提供20MHz参考频率，进行频率合成。基带芯片通过无线接口进行AGC控制，并通过I2C进行温度读取和放大器的使能控制，并进行数据的差分接收发送。