移动WiMAX正受到越来多关注，服务供应商和基础架构设备制造商也定时公布关于先进无线服务、功能及设备等合同签订的消息。不过，移动WiMAX服务能否成功推出，还得视乎服务供应商的投资；基础架构设备的质量，以及客户端设备是否可以负担。
一个移动WiMAX设备的性能、功能和成本主要由射频(RF)子系统决定。设计一个符合功率预算，并满足客户期望的高成本效益子系统是一项很大挑战，幸好，通过选择适当的收发器架构和采用提高效率的技术，就有可能在移动设备中以较低的成本实现WiMAX。
移动WiMAX概述 移动WiMAX基于802.16e标准，预计主要用于下一代宽带网络。虽然该标准仍在不断完善之中，但WiMAX论坛(WiMAX Forum)已完成了主要规范的定义工作，并且以大量系统文档对这些规范作了描述，规定了该项标准的哪些功能是强制性的，而哪些是可选的。这种灵活的规范系统既确保了产品之间的互操作性，也为创新和个性化留有发挥空间。
表1总结了目前WiMAX论坛支持的多种频带类型。802.16e标准包括了宽泛的频率范围、快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)样本数和信道带宽。当制造商要求认证一件产品时，这个标准将指定制造商瞄准哪一类频带。 为了实现经济规模效益，大部分收发器和RF前端模块都会涵盖多个频带，而这一要求对于RF设计人员而言充满挑战性。表1显示信道带宽范围可从3.5到10MHz，故必需在收发器内部集成可变滤波功能。另外，收发器也必须覆盖相当宽的工作频率范围。这些要求都要求极高的集成度，因此IC设计人员必需拥有细密的心思和新颖的设计技巧。
表1：系统文档中定义的频带类型，第1类频带包括WiBRO(标为红色)；而第3类频带将在美国使用(标为蓝色)。
全新设计参数
由于许多设计人员都已很熟悉固定WiMAX的要求，所以我们在这里描述移动WiMAX的设计参数，并与固定WiMAX进行比较是很有意义的。 表2所示为针对移动WiMAX定义的各种信道带宽的基本及衍生技术参数。移动WiMAX的一个关键特性是可扩展性；FFT样本数与信道带宽成正比。对于RF子系统来说，这意味着副载波间隔与符号时间基本上是固定的，与信道带宽无关(而在此标准的早期版本中，这些参数对所有信道带宽都相同)。对固定WiMAX，符号时间在11µs到128µs之间变化；而对移动WiMAX，则在102µs和144µs之间。符号时间越长，提供的多路径衰减回弹能力就越强。由于预计在移动环境中会出现衰减，所以较长的符号时间对802.16e能否成功非常重要。
表2：移动WiMAX的早期性能参数 固定WiMAX标准是基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术；而移动WiMAX则基于正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)技术，后者给每个用户都分配了一个收发频隙和时隙，这二者的差异十分显著。例如，一个固定WiMAX传输通常要占用所有可用的副载波，但在移动WiMAX中，一个用户一般只用到可用副载波的一个子集，而且是在一个预先指定的时间使用这些副载波。OFDMA能更灵活地分配资源，从而优化可用带宽的使用情况。此外，只使用可用副载波的一个子集可以提高每个单独副载波的传输功率，从而增大传输范围。这种技术被称为子信道化(subchannelization)，是移动WiMAX的一项关键特性。 虽然有些人可能会对 Wi-Fi和WiMAX加以比较，因为二者都是基于OFDM的标准；但从射频角度来看，WiMAX的实现要困难得多。
表3对802.11及从802.16衍生的两种变体版本进行了高层次的比较。WLAN和移动WiMAX之间最大的差异是副载波间隔，WLAN的副载波间隔固定为312.5kHz；而移动WiMAX的副载波间隔则只有10kHz左右。WiMAX副载波间隔的缩小意味着合成器所产生的近载波相位噪声(close-in phase noise)必然显着优于WLAN的。单是这一要求就排除了在WiMAX产品中使用现有WLAN芯片组的可能性。
表3：WiMAX和Wi-Fi技术参数对比
设计挑战
移动WiMAX主要的设计限制是尺寸、功率和成本，而这些要求反过来又影响了对系统架构的选择。由于功率和成本的严格限制，直接转换RF收发器已成为了唯一适合于移动WiMAX的架构。此外，还需要高效率的功率放大器(PA)，从而以合理的DC功耗提供RF功率。一个可能的发展方向是采用专门为高效率而优化的集成式收发器/PA器件。 多输入多输出(MIMO)技术是移动WiMAX的一项要求。目前的系统文档要求下行链路(从基站到移动设备)采用2x2 MIMO；上行链路(从移动设备到基站)采用1x2 SIMO。这意味着移动设备需要一条传输链路和两条完整的接收链路，这进一步限制了尺寸，更加不利于采用超外差式(superheterodyne)架构。
此外，它还要求RF子系统高度集成化。 实现低功耗对于功率放大器设计提出了很高的要求。由于需要有相对较高的峰均功率比(peak-to-average power ratio, PAPR)和线性要求，用标准的A类(甚至AB类)功率放大器很难获得高效率和低功耗。 为了尽量降低线性要求，目前的系统文档对上行链路只要求采用16QAM调制(64QAM是可选项)。这样，在误差向量幅度(error vector magnitude, EVM)上就降低了6dB(16QAM要求-24dB EVM；而64QAM则为-30dB)。不过，业界普遍预计64QAM调制也将会被采用，尤其是在笔记本电脑上。为了满足这一要求，功率放大器预计将会开始采用先进的效率提高技术，而标准的A类或AB类放大器则会越来越少用到。
为便于说明，我们假设天线端口的理想传输功率为+24dBm。由于功放与天线之间很可能有2dB的损耗，因此功放的传输功率必须为+26dBm或400mW。如果采用效率为15%的标准先进AB类功放，则功放本身的功耗就有2.6W，加上收发器、DAC和基带芯片组，功耗将增加到3W以上，因此电池寿命将是一个严重问题。如果利用效率提高技术把功放的效率增加到25%，其功耗将降低到1.6W，而WiMAX无线电的功耗将降至约2W。请注意，2.5W大约等于目前许多手持设备中GSM收发器的功耗。
另一个在移动WiMAX中常常被忽视的问题是WiMAX和Wi-Fi网络之间会相互影响。例如，WiMAX的第3类频带在2496至2670MHz范围工作。由于Wi-Fi在2412至2462MHz范围(美国)工作，WiMAX和Wi-Fi无线电装置之间的频率间隔非常小，因此两个网络之间很容易产生有害的干扰。因为这两个频带过于接近，RF滤波不可行，所以WiMAX无线电装置必须设计成即使有Wi-Fi无线电装置在附近也能工作。这一要求主要会影响WiMAX接收器，因为它必须在Wi-Fi信号可能极强的环境下也要有能力接收微弱的WiMAX信号。这些Wi-Fi干扰信号可能比任何可能的WiMAX干扰信号都要强得多。
移动WiMAX部署
移动WiMAX网络现已开始进行部署，并预计推行速度会相当快，尤其是在美国。这意味着制造商需要寻找创新方法，在尽可能短的时间内将产品推向市场。 为了最大限度地降低风险，制造商必须参与标准的开发工作，并与WiMAX论坛合作，确保自己能尽早取得设计要求。拥有能通过WiMAX论坛的无线电符合性测试规范(radio conformance test, RCT)的可行RF参考设计，就可以加快系统集成的步伐，而且还有助于在RF芯片组中实现内置的测试和诊断功能。 一旦有了RF芯片组，就必须将其集成到基带芯片组中。这种集成需要很长的时间，同时也是能否大幅度节省时间的关键所在。要确保成功，RF和基带制造商之间应该尽早开始互动。要尽量缩短集成时间，就必须最大限度地减少RF和基带芯片组之间的相互作用。例如，如果RF芯片组能够实现完全的自主自动增益控制(automatic gain control, AGC)和校准程序，软件开发时间就会更短，而整个集成时间也可以缩短。
缩短集成时间的另一种方法在于基带至RF之间的接口。以往，设计人员都采用模拟接口来实现RF和基带芯片组之间的数据传输。由于每个基带芯片对这种接口的要求都有所不同，因此会增加集成时间。
现在，一种针对移动WiMAX的全数字基带至RF接口标准已经面世。该标准定义了基带和RF之间的数据传输格式，以及串行控制接口的格式。除了便于集成外，标准化的数字接口还能降低设计成本。由于基带收发器都采用数字CMOS器件，所以很容易利用最先进的CMOS工艺来改变尺寸，从而制造出外形更小、成本更低的基带芯片。
可惜的是，无论是RF或模拟转换器都不容易改变尺寸，故将转换器与RF放在一起比较可行，这样二者都可通过优化技术来实现，而不会影响CMOS基带裸片。 虽然移动WiMAX对RF设计人员提出了严苛的挑战，但只要拥有所需的信息、相关的设计技巧和器件，设计人员就能够达到产品上市时间、功率、尺寸和成本目标。
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Figure 1, Figure 2, Figure 3
