WiMAX無線寬帶終端設(shè)備的研制

葉華杰

（浙江工業(yè)大學(xué)，浙江 杭州 310000）

引言

IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802委員會(huì)專門為寬帶無線接入制定的標(biāo)準(zhǔn),它定義了空中接口規(guī)范,其中包括物理層和媒體接入控制層的規(guī)范,可在固定和移動(dòng)的環(huán)境提供高速的數(shù)據(jù)、語音和視頻等業(yè)務(wù),具有廣闊的應(yīng)用前景。

與其他無線通信技術(shù)相比，WiMAX的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：傳輸速率高，覆蓋范圍大；完善的QoS(服務(wù)質(zhì)量)機(jī)制；較高的數(shù)據(jù)安全性；基于全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；開銷及投資風(fēng)險(xiǎn)??；部署靈活，配置伸縮性強(qiáng)，可平滑升級(jí)。

1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

WiMAX無線寬帶接入設(shè)備，定位于搭建小型無線局域網(wǎng)的無線寬帶接入設(shè)備，即實(shí)現(xiàn)將用戶（無線終端設(shè)備）寬帶接入主干網(wǎng)（internet）。基于以上功能，將硬件設(shè)計(jì)劃分為以下3個(gè)功能模塊分別設(shè)計(jì)：最小系統(tǒng)模塊、無線接口模塊和以太網(wǎng)接口模塊。

下圖描述了各個(gè)模塊間的邏輯關(guān)系并顯示了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)：

無線信號(hào)通過RF收發(fā)模塊接收轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再送入MB87M3550基帶芯片經(jīng)過802.16協(xié)議棧處理后得到宿主信源所發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，最后經(jīng)以太網(wǎng)適配器，連接到主干網(wǎng)，通過此程完成無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)用戶的無線寬帶接入。

同時(shí)，MB87M3550為集成度很高的片上系統(tǒng)（SoC），內(nèi)部存儲(chǔ)空間極為有限，所以采用MB87M3550作為主控芯片肯定會(huì)需要外加一些FLASH和SDRAM等外圍設(shè)備，會(huì)增加設(shè)備體積，但一般的AP設(shè)備對(duì)設(shè)備的小型化要求并不高，所以可以適當(dāng)外擴(kuò)芯片來提高系統(tǒng)性能。

2 處理器選擇

本方案采用日本富士通公司的MB87M355 0 SoC芯片作為信號(hào)基帶處理、802.16協(xié)議棧處理和主控制芯片。MB87M3550內(nèi)部集成了一個(gè)ARM-926核的處理器，其工作頻率可達(dá)200MHz以上，具有較強(qiáng)的處理能力和控制能力。MB87M3550片內(nèi)還集成了MAC層控制單元并為以太網(wǎng)物理層留有MII網(wǎng)絡(luò)PHYceiver控制接口，可以直接外擴(kuò)PHYceiver芯片。同時(shí)，片內(nèi)還集成10-bit的DAC和ADC轉(zhuǎn)換器各兩片，最高抽樣率80MSps，負(fù)責(zé)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。

通過在媒體接入控制層（MAC）到物理層（PHY）執(zhí)行IEEE 802.16d無線寬帶接入(BWA)標(biāo)準(zhǔn)，富士通的 WiMAX SoC，MB87M35 50可為用戶站點(diǎn)和基站的應(yīng)用提供高性價(jià)比的解決方案。這種高度集成的SoC可以為2～11GHz之間合適的許可或免許可頻帶實(shí)現(xiàn)MAC、PHY、電臺(tái)控制和其它必要的模擬電路。

為了在MAC上層進(jìn)行減負(fù)處理并增強(qiáng)性能，富士通WiMAX SoC中包括一個(gè)可獨(dú)立的ARC RISC/DSP引擎，用來執(zhí)行802.16低層MAC功能。芯片中以硬件基礎(chǔ)的多個(gè)編碼和解碼引擎和該MAC低層處理器緊密相連，可為MAC的安全子層提供充分的安全。硬件解決方案如圖2所示。

3 以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)

MB87M3550通過一個(gè)外部PHY(物理層)接口芯片可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通訊，本設(shè)計(jì)采用AMD公司的AM79C874VF作為接口芯片，用TG110-E050N5RL作為收發(fā)驅(qū)動(dòng)芯片，采用RJ-45作為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口。電路示意圖如圖3。

本方案選擇的以太網(wǎng)PHYceiver芯片為AM79C874VF，AM79C874VF是符合10Base-T和100Base-TX CSMD/CD以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的物理層設(shè)備，適合于雙絞線收發(fā)。可用通過MII接口與帶有MAC層的設(shè)備直接相連。

MII即媒體獨(dú)立接口，它是IEEE-802.3定義的以太網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它包括一個(gè)數(shù)據(jù)接口，以及一個(gè)MAC和PHY之間的管理接口。數(shù)據(jù)接口包括分別用于發(fā)送器和接收器的兩條獨(dú)立信道。每條信道都有自己的數(shù)據(jù)、時(shí)鐘和控制信號(hào)。MII數(shù)據(jù)接口總共需要16個(gè)信號(hào)。管理接口是個(gè)雙信號(hào)接口：一個(gè)是時(shí)鐘信號(hào)，另一個(gè)是數(shù)據(jù)信號(hào)。通過管理接口，上層能監(jiān)視和控制PHY。

4 無線接口設(shè)計(jì)

射頻模塊選用SiGe公司的WiMAX射頻模塊。射頻芯片為SE7351L、SE7051L10，此兩款芯片是SiGe公司開發(fā)的WiMAX射頻芯片，兩者有較好的協(xié)調(diào)性，同時(shí)也是富士通公司為MB87M3550推薦的射頻芯片。其中SE7351L是工作在3.3～3.8GHz頻帶上的，低噪聲、高線性化的前段收發(fā)器，接收信號(hào)時(shí)將3.3～3.8GHz的RF信號(hào)下變頻為200MHz～600MHz的IF信號(hào)，發(fā)送信號(hào)時(shí)則相反。

基帶板通過無線接口為射頻供電，供電電平分別為：+8.5V、+5.5V、+3.3V，同時(shí)為射頻的PLL提供20MHz參考頻率，進(jìn)行頻率合成?；鶐酒ㄟ^無線接口進(jìn)行AGC控制，并通過I2C進(jìn)行溫度讀取和放大器的使能控制，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的差分接收發(fā)送。

5 調(diào)試結(jié)果

硬件調(diào)試的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)BS與SS兩塊開發(fā)板間上下行全雙工通信，空中接口符合IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)。物理層為MAC層留有數(shù)據(jù)和控制信息緩存，MAC將數(shù)據(jù)打包成MAC PDU寫入數(shù)據(jù)緩存并將相應(yīng)的控制信息寫入控制緩存，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送。

通過調(diào)試，BS與SS的數(shù)據(jù)收發(fā)符合IEEE802.16協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，幀格式、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)收發(fā)順序、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、信道劃分、擾碼控制、CID類型、數(shù)據(jù)量與突發(fā)長度相匹配，能成功發(fā)送接收。

[1]IEEE Standard 802.16TM-2004 for Local and metropolitan area networks Part 16:Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems

[2]郎為民，劉波.WiMAX技術(shù)原理與應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008

[3]彭木根，王文博等.下一代寬帶無線通信系統(tǒng)OFDM&WiMAX.機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[4]王文博，鄭侃.寬帶無線通信OFDM技術(shù).人民郵電出版社，2003

[5]汪坤，李巍，李莉莉.帶無線接入-WIMAX.電信網(wǎng)技術(shù)，2005年03期:59-62