摘? 要: 對(duì)突發(fā)解調(diào)器STEL-9257的結(jié)構(gòu)和功能作了較詳細(xì)的介紹,并給出了它在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)" title="多點(diǎn)">多點(diǎn)寬帶無線接入" title="寬帶無線接入">寬帶無線接入系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。在該系統(tǒng)中使用STEL-9257作為基站的上行突發(fā)解調(diào)器,實(shí)現(xiàn)了差分" title="差分">差分QPSK信號(hào)的突發(fā)解調(diào)。

　　關(guān)鍵詞: 數(shù)字微波傳輸? QPSK解調(diào)? 突發(fā)解調(diào)? 差分解調(diào)

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1 STEL-9257簡(jiǎn)介

　　在寬帶無線接入系統(tǒng)中,經(jīng)常使用基站到用戶站模式的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)TDMA方式。此時(shí),上行數(shù)據(jù)(由用戶站到基站)采用突發(fā)數(shù)據(jù)包的方式。為了提高頻譜利用率" title="頻譜利用率">頻譜利用率,一方面采用某些調(diào)制效率比較高的調(diào)制方式(如QPSK、16QAM等)提高每個(gè)符號(hào)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù);另一方面,要求基站的解調(diào)具有同步時(shí)間短、突發(fā)包之間保護(hù)間隔時(shí)間短的特性,以減少冗余比特,進(jìn)一步提高頻譜利用率。基站的突發(fā)解調(diào)性能常常直接決定了點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)寬帶無線接入系統(tǒng)的上行傳輸速率。另外,由于現(xiàn)今寬帶無線接入系統(tǒng)中多種不同業(yè)務(wù)同時(shí)傳輸?shù)囊?使得用戶站的帶寬分配(TDMA系統(tǒng)中即為時(shí)隙分配)不能再采用固定帶寬分配方法,而要求根據(jù)用戶的實(shí)際需求動(dòng)態(tài)分配帶寬。這就要求基站的突發(fā)解調(diào)能夠隨著用戶站的帶寬(時(shí)隙)分配的變化實(shí)時(shí)解調(diào)不同長(zhǎng)度的突發(fā)包。

　　STEL-9257是一款能很好滿足以上要求的差分QPSK突發(fā)解調(diào)器,與IEEE802.14、MCNS和DAVIC等標(biāo)準(zhǔn)兼容,可直接輸入5MHz～65MHz中頻信號(hào),解調(diào)速率最高可達(dá)5.12Mbps。STEL-9257采用固定前置碼(4種,長(zhǎng)度為14或16個(gè)碼元周期),大大縮短了同步時(shí)間并節(jié)省了獨(dú)特字所需的系統(tǒng)開銷。STEL-9257所要求的突發(fā)包之間保護(hù)間隔最小為4個(gè)碼元周期(當(dāng)采用可變長(zhǎng)度突發(fā)包模式時(shí)為11個(gè)碼元周期)。

2 STEL-9257 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　圖1為STEL-9257的內(nèi)部結(jié)構(gòu),主要由變頻模塊、解調(diào)模塊和微處理器模塊" title="微處理器模塊">微處理器模塊組成。

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　　(1)變頻模塊

變頻模塊將輸入STEL-9257的載頻為5MHz～65MHz的中頻信號(hào)下變頻后再通過聲表面濾波器濾波輸入解調(diào)模塊。

????(2)解調(diào)模塊

　　解調(diào)模塊由四部分功能電路組成:數(shù)字處理電路、解調(diào)制電路、同步和估計(jì)電路以及時(shí)鐘和控制電路。

數(shù)字處理電路首先對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣,再對(duì)數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行濾波和抽取,而后將數(shù)字信號(hào)輸出到下級(jí)處理模塊。STEL-9257要求傳輸?shù)幕鶐盘?hào)頻譜為alpha=0.25～0.30的均方根升余弦。FIR濾波器的互相關(guān)系數(shù)見圖2。

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????(3)微處理器模塊

??? 微處理器模塊通過串口接收外部的配置命令。當(dāng)外部Reset啟動(dòng)后,微處理器模塊將對(duì)變頻模塊和數(shù)字解調(diào)模塊進(jìn)行配置。

3 STEL-9257功能介紹

　　STEL-9257使用固定前置碼(14或16個(gè)碼元)以縮短捕獲時(shí)間,提高頻譜利用率;使用差分編碼消除相位模糊度;對(duì)長(zhǎng)突發(fā)包進(jìn)行比特跟蹤同步以避免失步。STEL-9257可以解調(diào)輸入載波頻率范圍為5MHz~65MHz、固定長(zhǎng)度或可變長(zhǎng)度的TDMA或FDMA信號(hào)。

3.1?突發(fā)包長(zhǎng)度選擇

　　STEL-9257可以工作在固定長(zhǎng)度突發(fā)包模式或可變長(zhǎng)度突發(fā)包模式。在固定長(zhǎng)度突發(fā)包模式中可以設(shè)置6種不同的突發(fā)包長(zhǎng)度,用戶可以通過模式控制引腳進(jìn)行快速切換。固定長(zhǎng)度突發(fā)包工作模式要求相鄰兩突發(fā)包之間保護(hù)間隔長(zhǎng)度不小于4個(gè)碼元周期。

　　在可變長(zhǎng)度突發(fā)包工作模式中,無需設(shè)置突發(fā)包的長(zhǎng)度,STEL-9257將自動(dòng)檢測(cè)突發(fā)包的結(jié)束。但是,此時(shí)STEL-9257輸出的數(shù)據(jù)有效(DataValid)信號(hào)并不能準(zhǔn)確給出突發(fā)包的結(jié)尾,而會(huì)在突發(fā)包結(jié)束后延遲數(shù)個(gè)比特給出。由于系統(tǒng)中數(shù)據(jù)鏈路層帶寬分配的要求,數(shù)據(jù)鏈路層總是知道此時(shí)接收的突發(fā)包長(zhǎng)度,因此,突發(fā)包的準(zhǔn)確結(jié)尾將由系統(tǒng)判斷?？勺冮L(zhǎng)度突發(fā)包工作模式要求相鄰兩突發(fā)包之間保護(hù)間隔長(zhǎng)度不小于11個(gè)碼元周期。

3.2?STEL-9257的MAC層相關(guān)功能

　　STEL-9257的MAC層相關(guān)功能包括接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)、噪聲功率測(cè)量、載波頻率差錯(cuò)估計(jì)、包碰撞檢測(cè)等。

3.3 STEL-9257的輸出時(shí)序

　　STEL-9257輸出時(shí)序如圖3所示,tdav碼元周期如表1所示。STEL-9257的輸出信號(hào)主要為解調(diào)數(shù)據(jù)(DATA)、解調(diào)時(shí)鐘(ClkOut)和解調(diào)數(shù)據(jù)有效(DataValid)信號(hào)。其中解調(diào)數(shù)據(jù)有效信號(hào)指示突發(fā)數(shù)據(jù)包的起始和中止位置(可變長(zhǎng)度突發(fā)包工作模式時(shí)無法指示中止位置),在輸出的第一個(gè)有效解調(diào)數(shù)據(jù)前置高標(biāo)志數(shù)據(jù)開始。解調(diào)數(shù)據(jù)是去除固定前置碼和解差分后的數(shù)據(jù),在解調(diào)時(shí)鐘的下降沿變化。

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3.4 STEL-9257的微處理器接口

　　STEL-9257的微處理器模塊通過串口完成下載配置數(shù)據(jù)等操作,隨后配置STEL-9257的內(nèi)部電路。微處理器模塊的外部接口數(shù)率為19200bps,TTL電平串口,采用1位起始位、8位數(shù)據(jù)位加1位終止位、無奇偶校驗(yàn)位的格式。

4 STEL-9257在寬帶無線接入系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例

　　圖4示出了在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)寬帶無線接入系統(tǒng)中基站解調(diào)上行突發(fā)包的原理框圖。微處理器AT89C51完成對(duì)系統(tǒng)的配置工作,包括對(duì)STEL-9257的工作參數(shù)的配置和FPGA初始參數(shù)的裝載。FPGA完成與MAC層的交互。由于數(shù)字解調(diào)器直接輸出的時(shí)鐘相位是抖動(dòng)的,無法直接使用,FPGA同時(shí)完成換鐘工作。FPGA通過鎖相環(huán)由下行數(shù)據(jù)時(shí)鐘得到穩(wěn)定的上行數(shù)據(jù)時(shí)鐘后進(jìn)行換鐘。

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　　STEL-9257設(shè)置輸入中頻36MHz,碼元速率2.56MHz,前置碼選用16碼元的Hoffman編碼。輸入的70MHz中頻信號(hào)通過下變頻器和36MHz帶通濾波器之后輸入STEL-9257。STEL-9257輸出的數(shù)據(jù)、解調(diào)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)有效信號(hào)輸入FPGA進(jìn)行基帶處理。由于STEL-9257選用可變長(zhǎng)度突發(fā)包模式,輸出的數(shù)據(jù)有效信號(hào)不能正確指示突發(fā)包結(jié)尾,突發(fā)包結(jié)尾的判斷工作由FPGA完成。

　　系統(tǒng)采用STEL-1109作為用戶站上行突發(fā)調(diào)制器,完成差分QPSK的突發(fā)調(diào)制,調(diào)制信號(hào)經(jīng)中頻對(duì)接后由STEL-9257進(jìn)行解調(diào),已經(jīng)正確解調(diào),證明系統(tǒng)方案可行。

　　由于系統(tǒng)采用了STEL-9257以及FPGA等器件,使得系統(tǒng)硬件大大簡(jiǎn)化。由于STEL-9257的同步時(shí)間短、無需獨(dú)特字及保護(hù)間隔短等特點(diǎn),使得系統(tǒng)的頻譜利用率比較高。同時(shí)STEL-9257可以方便地解調(diào)不同長(zhǎng)度突發(fā)包及多種與MAC層交互的功能,減少了基帶部分及MAC層的設(shè)計(jì)工作。因此在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的寬帶無線接入系統(tǒng)中使用STEL-9257作為上行基站的突發(fā)解調(diào)器十分方便有效。

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參考文獻(xiàn)

1 姚彥,梅順良. 數(shù)字微波中繼通信工程. 北京:人民郵電出版社,1990