Den här e-postadressen skyddas mot spambots. Du måste tillåta JavaScript för att se den. på SiGe Semiconductor har mer än 10 års erfarenhet av rf- och kretskortskonstruktion. Han har en doktorsgrad i tillämpad fysik från universitetet MacMaster i Hamilton, Ontario, Kanada och innehar flera patent för rf-kretsteknik. Innan Darcy Poulin kom till SiGe var han senior applikationsingenjör på IceFyre Semiconductor med ansvar för bland annat rf-test, validering och optimering av företagets 802.11a-radio. Han var med och grundade radiokretsdesigngruppen på Rim (Research In Motion) och har jobbat på Nortel Networks som senior radiokretskonstruktör och mikrovågsingenjör. Darcy Poulin är dessutom är expert på gällande regelverk för radiokommunikation.

Både 802.16 (Wimax) och 802.11 (Wlan) är baserade på OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Båda använder flera pilottoner och båda har stöd för alla moduleringsformat från BPSK till 64 QAM.

Men det finns också viktiga skillnader. Wlan har en fast bandbredd på 20 MHz med 52 underbärvågor där Wimax kan använda variabla bandbredder mellan 1 och 28 MHz med 256 underbärvågor (192 bärvågor för data) i både licensierade och olicensierade spektrum. Det större antalet underbärvågor ger Wimax en fördel, men eftersom underbärvågorna ligger närmare varandra är kraven på fasbrus och tidsjitter striktare, vilket i sin tur kräver syntetiserare med bättre prestanda. Wimax har stöd för underkanaler. Det tillåter överföring på en delmängd av underbärvågorna vilket ger systemet större räckvidd eftersom samma effekt sprids över färre bärvågor.

Vaktintervallen ("guard intervals") i Wimax har variabel längd vilket kan förbättra prestanda i miljöer med flervägsutbredning. I en ren kanal kan intervallet göras kort vilket ökar kapaciteten. Med flera underbärvågor och variabel intervalltid har Wimax 15 till 40% högre total spektrumeffektivitet än Wlan. Wimax kan uppnå en spektrumffektivitet på mellan 3,1 och 3,8 Mbit/s/MHz, jämfört med endast 2,7 Mbit/s/MHz för 802.11a/b/g.

En jämförelse på hög nivå mellan Wlan och Wimax visas i tabellen till höger.

EVM-kravet (error vector magnitude, felvektormagnituden) för Wlan är -25 dB, vilket krävs för att uppnå 10% paketfelfrekvens. För Wimax är EVM -31 dB, vilket baseras på 1% paketfelfrekvens. Den lägre felfrekvensen bidrar till Wimax större räckvidd. Ytterligare ett bidrag ges av värdet på mottagarbruset - 10 dB för 802.11 mot 7 dB för Wimax.

Wlan stöder endast TDD, Time Division Duplexing, där sändnings- och mottagningsfunktionerna (Tx/Rx) sker på samma kanal men vid olika tidpunkter. Som jämförelse stöder Wimax både TDD, FDD (Frequency Division Duplexing) och H-FDD (halvduplex-FDD). FDD använder samtidig sändning och mottagning på olika frekvenser medan H-FDD sänder på olika kanaler vid olika tider. Metodvalet påverkar kostnaden, storleken och konstruktionstiden. Ett FDD-system är dyrare eftersom samtidig sändning och mottagning kräver två fullständiga Tx/Rx-radioenheter. FDD tillåter å andra sidan större kapacitet eftersom bandbredd finns avsatt för både sändning och mottagning och denna bandbredd utnyttjas parallellt.

I Wlan är uteffekten i praktiken fast, och systemen sänder vanligen med samma effekt hela tiden. Wimax mäter istället upp avståndet till abonnentstationen och ser till att sändningarna anländer till basstationen vid rätt tidpunkt och med samma effektnivå. Som ett resultat av detta kräver standarden Wimax att abonnentstationerna har ett 50 dB dynamiskt sändningsintervall. System som är nära basstationen kan därmed minska sändningseffekten medan de som är långt borta får sända med högre effekt.

Vid konstruktion av ett nytt Wimaxsystem är den första frågan om systemet ska vara TDD, FDD eller H-FDD. FDD-systemet kräver två kompletta radioenheter som arbetar samtidigt på olika frekvenser. Dessutom krävs omfattande extern filtrering för att förhindra att sändningseffekten läcker in i mottagaren. Angreppssättet är kostsamt och kräver stora enheter. Många branschledande experter förväntar sig att basstationer kommer att använda fullt FDD-läge för den högre kapaciteten medan abonnentstationerna kommer att använda de billigare H-FDD eller TDD.

H-FDD kan vara ett lockande alternativ till TDD eftersom det använder en enda radioenhet och har ungefär samma prislapp. Det stora bekymret med H-FDD är att syntetisatorn måste kunna växla mellan sändning och mottagning på 100 mikrosekunder.

Den specifikation som påverkar Wimax mest är kanske EVM, som måste vara 6 dB högre för Wimax än för Wlan. Som ett resultat av detta måste alla systemblock vara mer linjära. Dessutom måste fasbruset vara avsevärt lägre än i Wlan. Snävare krav på fasbrus påverkar syntetisatorn, vilket resulterar i en längre insvängningstid. Om dessutom ett I/Q-gränssnitt väljs måste I/Q-balansen vara snävare och troligen krävs en I/Q-kalibrering.

Snävare EVM-krav påverkar även effektförstärkaren. PAPR (peak-to-average power ratio) är högre för Wimax än för Wlan. Eftersom Wimax har fler underbärvågor är PAPR ungefär 10 dB, vilket är 2 dB högre än Wlan. Dessutom sänder ett Wimaxsystem oftast med högre effekt än ett Wlansystem, så effektförstärkarna måste ge högre effekt, vara mer linjära och kunna hantera högre PAPR än i Wlansystem.

Vad gäller rf-arkitekturen för Wimax står valet mellan superheterodyn- och direktblandad arkitektur. Det är enklare att uppfylla de strängare sändarkraven i Wimax med en superheterodynarkitektur på grund av dess filtrering utanför kretsen.

Det finns två olika slags superheterodynbasbandsgränssnitt: IF och I/Q. I allmänhet är IF-gränssnittet att föredra eftersom det inte kräver någon extern kalibrering. Med ett I/Q-gränssnitt resulterar eventuell I/Q-obalans i bilder som hamnar direkt ovanpå den önskade signalen och visar sig som brus. Därför är I/Q-balansen kritisk för ett I/Q-gränssnitt och kräver troligen extern kalibrering.

I en direktblandad sändararkitektur tas å andra sidan de båda I/Q-insignalerna vid basbandet och moduleras direkt upp till rf. Denna arkitektur ger mindre och billigare radiokonstruktioner, men prestanda är svårare att bibehålla. Eventuella små DC-variationer som kan uppträda försämrar systemets prestanda, och I/Q-balansen är kritisk.

Eftersom Wimax är nytt och produktionsvolymerna ännu är relativt små är Wimaxkretsarna ännu inte lika integrerade som Wlankretsarna. Därför måste IC-konstruktörerna bestämma hur funktionaliteten ska delas upp.

I en superheterodynarkitektur är det vanligt att partitionera kretsen. Antingen kan uppdelningen göras mellan rf och IF (med sändning och mottagning i samma krets, men separata kretsar för rf och IF) eller mellan Tx och Rx (med separata Tx- och Rx-kretsar som båda innehåller rf- och IF-kedjor).

Rf/IF-uppdelning är bättre eftersom kretsarna då kan dela på en syntetisator. En fullständigt programmerbar syntetisator på IF-kretsen kan skapa alla de LO-signaler som krävs för att driva både sändnings- och mottagningsvägarna (figur 1). För att uppnå bästa prestanda till lägsta kostnad kan IC-tillverkare dessutom använda olika processtekniker för de båda kretsarna. Det går till exempel att använda en kisel-CMOS-process för IF-kretsen och SiGe eller GaAs för rf-enheten.

Det är en spännande tid för konstruktörer som övergår från att arbeta med Wlan till Wimax, men det är viktigt att de fullständigt förstår konstruktionsparametrarna och identifierar de viktigaste prestandakraven i Wimax innan de börjar.