射频前端功耗及数字基带功耗介绍

WiMAX中继终端上的功率消耗主要来自于以下模块：收发机的射频前端、基带处理单元（包括存储保持），以及高层协议处理和屏幕/键盘等。这些模块的功耗估计方法与前面对UMTS中继复杂度的分析方法相同。

5.6.4.1 射频前端功耗

除了在5.6.3节说明的信号处理单元的处理负荷外，WiMAX中继的射频前端还被以下因素制约：

●PAPR。OFDM信号具有比WCDMA信号更高的PAPR值，理论上约为10×log₁₀NdB，N是FFT点数。近来有一些研究致力于寻找降低PAPR的方法，例如有一种方法可以使1024点FFT的PAPR降低约10～12dB^[541，542]。

●功率放大器。高PAPR要求系统功放有一个大的回退值，以避免对信号的压缩和削波。给定这个大的回退值后，大部分信号被功放放大到一个中间级的功率，而这时功放的效率被降低了。因此，OFDM系统的功放在线性和效率方面都比CDMA或窄带信号的要求要严格。

●本地振荡器。本地振荡器对质量的要求很高，即要求具有很低的相位噪声，以保证对于OFDM信号的接收和重传。

WiMAX中继的硬件结构类似于前面所讨论的UMTS中继扩展到多收发天线，为了获得功耗的估计，我们假定采用和UMTS中继相同的系统参数，并作了以下修改：

●忽略插损，因为TDD系统不需要一个双工器。

●平均发射功率为P_out=23dBm^[543]。

前面所说的23dBm的输出功率相当于200mW，功放效率为30%。这意味着功放需要200mW/0.3=665mW的功率来驱动。假如WiMAX中继由电池供电，那么稳压器需要输入功率为665mW/0.85=782mW。

除了功放自身的功耗之外，还可以得到RF收发机的平均功耗。假定发射机功耗为215mW，DA转换器需要额外的30mW功耗，接收机功耗为85mW，AD转换器需要额外的60mW功耗。假定收、发机的工作时间各占一半，那么除了功放外单天线情况下平均功耗为195mW。表5.11给出了两收两发天线情况下射频收发机的平均功耗，所给出的值与数据速率无关，与生产时间也基本无关（以当前的产品水平为准）。(www.xing528.com)

表5.11 两天线WIMAX中继的用电池和非电池供电情况下的射频功耗（mW）

5.6.4.2 数字基带功耗

与UMTS中继中的讨论方法一致，下述因素被认为与数字基带的功耗有关：

●内存内容保持。内存内容保持所消耗的功率可以忽略。

●运算处理器操作。数字处理器的功耗在接下来的分析中也可以忽略。

●存取操作。处理器的存取操作带来的功耗是不可忽略的。

同样地，上述个部分的功耗与选择的硬件结构密切相关，定性和定量的趋势分析对WiMAX中继的数字基带调制解调起的功耗有一个大致的建议。

5.6.4.3 高层协议和外围硬件

当WiMAX用户终端作为一个中继使用时，高层协议和外部硬件的功耗需要被考虑在内。典型的WiMAX终端是一台笔记本电脑，它的功耗变化范围是比较大的。2008年时，笔记本电脑空闲时的功耗约为8W，处于工作状态时为30W，我们因此取一个平均值15W。