??? 摘? 要: 介紹了全數(shù)字" title="全數(shù)字">全數(shù)字調(diào)制解調(diào)器STEL-2176的結構、功能及技術特點,給出了它在點對多點寬帶無線接入" title="寬帶無線接入">寬帶無線接入系統(tǒng)中的應用實例。在該系統(tǒng)中,使用STEL-2176作為用戶站的調(diào)制解調(diào)器,采用非對稱" title="非對稱">非對稱傳輸模式,實現(xiàn)了16QAM信號的數(shù)字解調(diào)和QPSK信號的數(shù)字調(diào)制。?

??? 關鍵詞: 寬帶無線接入? 全數(shù)字調(diào)制解調(diào)? 非對稱傳輸

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1 非對稱傳輸?

??? 寬帶無線接入系統(tǒng)中通常采用點對多點的基站/用戶站模式。在大多數(shù)情況下,基站到用戶站的下行數(shù)據(jù)量遠大于用戶站到基站的上行數(shù)據(jù)量,如果上下行占用同樣的資源,勢必造成浪費。?

??? 在TDMA/FDD方式中,一種可行的傳輸模式是:上行數(shù)據(jù)采用突發(fā)數(shù)據(jù)包的方式,采用調(diào)制效率相對低的調(diào)制方式(如QPSK);下行數(shù)據(jù)采用廣播的方式,采用調(diào)制效率相對高的調(diào)制方式(如16QAM)。這種非對稱傳輸?shù)膬?yōu)點是:一方面,可以根據(jù)用戶的實際需求實現(xiàn)動態(tài)分配帶寬以提高頻譜利用效率;另一方面,減少了上行信號每符號傳輸?shù)谋忍財?shù),從而降低了基站突發(fā)解調(diào)算法的難度。?

??? 能滿足以上要求的用于用戶站的調(diào)制解調(diào)器必須具備這樣的性能:既能解調(diào)高調(diào)制效率(如16QAM)的寬帶連續(xù)信號,同時又能調(diào)制相對低調(diào)制效率(如QPSK)的寬帶突發(fā)信號。開發(fā)STEL-2176是一個很好的選擇。?

2 STEL-2176簡介?

??? STEL-2176是一款全數(shù)字調(diào)制解調(diào)芯片,兼容IEEE802.14、MCNS和DAVIC等標準。解調(diào)部分可直接輸入高達50MHz的中頻模擬信號" title="模擬信號">模擬信號,信號帶寬可達8MHz,可解調(diào)16/64/256 QAM的連續(xù)信號;調(diào)制部分可輸出5MHz～65MHz的連續(xù)/突發(fā)信號,調(diào)制方式可以是BPSK/QPSK/16QAM,速率最高可達40Mbps(16QAM)。?

3 STEL-2176內(nèi)部結構?

3.1解調(diào)部分?

??? 圖1為STEL-2176解調(diào)部分的內(nèi)部結構,主要由ADC(模數(shù)轉換)模塊、DDC(數(shù)字下變頻)/AFC(自動頻率控制)/AGC(自動增益控制)模塊、濾波與時鐘恢復模塊、自適應均衡、FEC(前向糾錯編碼)模塊和時鐘模塊" title="時鐘模塊">時鐘模塊等組成。

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??? ·ADC模塊?

??? 模數(shù)轉換模塊接收輸入STEL-2176的中心頻率為最高可達50MHz的中頻模擬信號,經(jīng)過帶通抽樣后得到中心頻率為6MHz～7MHz的亞中頻數(shù)字信號。?

??? ·DDC/AFC/AGC模塊?

??? AFC對信號載波進行粗估,再由后端的自適應均衡器反饋回來的載波誤差信號細調(diào)載波本振頻率,以得到相關的載波。DDC接收6MHz～7MHz亞中頻數(shù)字信號,通過相關的載波解調(diào)出I、Q兩路基帶信號。同時輸出AGC控制信號,用來控制片外的中頻、射頻模擬信號的信號強度。?

??? ·濾波與時鐘恢復模塊?

??? I、Q兩路基帶信號經(jīng)alpha=0.12～0.20的SRRC(均方根升余弦)濾波器消除碼間干擾,再從信號中恢復符號速率,誤差小于100PPM。?

??? ·自適應均衡?

??? 自適應均衡除了能消除信道的各種干擾(多徑效應、調(diào)幅性干擾、調(diào)頻性干擾、相位噪聲等),還反饋載波誤差信號,以細調(diào)載波的相差和小的頻差。?

??? ·FEC模塊?

??? 前向糾錯編碼模塊接收解調(diào)出的I、Q兩路信號,進行星座點映射,恢復數(shù)據(jù),再對應于調(diào)制端解出幀結構,依次進行解交織、信道解碼(RS碼)、解擾,以串行或并行方式輸出原始信號,可以輸出MPEG-2結構的信號。?

??? ·時鐘模塊?

??? 時鐘模塊由采樣鐘和恢復出的符號鐘產(chǎn)生解調(diào)部分所需的各種時鐘信號。?

3.2 調(diào)制部分?

??? 圖2為STEL-2176調(diào)制部分的內(nèi)部結構,主要由數(shù)據(jù)接收及信道編碼模塊、星座點映射模塊、FIR濾波器及內(nèi)插濾波器、調(diào)制模塊、DAC(數(shù)模轉換)模塊、時鐘模塊等組成。?

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??? ·數(shù)據(jù)接收及信道編碼模塊?

??? 接收串行輸入的原始數(shù)據(jù),進行信道編碼(RS碼),包括交織和加擾,這些處理都是可選的。?

??? ·星座點映射模塊?

??? 將串行比特流映射到指定星座圖的星座點上,分I、Q兩路輸出。?

??? ·FIR濾波器及內(nèi)插濾波器?

??? I、Q兩路信號分別通過成形濾波器(32級的FIR濾波器)濾波后,輸出到內(nèi)插濾波器。內(nèi)插濾波器大大提高了信號的采樣頻率,以滿足大于2倍的載波信號的要求,與正交調(diào)制所需的速率相匹配。?

??? ·調(diào)制模塊?

??? 調(diào)制模塊由DDS(直接數(shù)字合成器)和乘法器構成的正交調(diào)制器。I、Q兩路信號分別與DDS產(chǎn)生的SIN和COS載波信號相乘,合成后輸出。?

??? ·數(shù)模轉換模塊?

??? 最后將數(shù)字信號轉換為中頻模擬調(diào)制信號輸出,這時的信號帶有相對于主鐘頻率的鏡像信號,即輸出的模擬信號需要片外濾波。?

??? ·時鐘模塊?

??? 時鐘模塊與外部時鐘同步并產(chǎn)生調(diào)制部分所需的各種時鐘信號。?

3.3 監(jiān)控部分?

??? 通過STEL_2176的監(jiān)控模塊串行或并行地接收外部的配置命令,發(fā)送狀態(tài)信息。對STEL_2176的監(jiān)控通過訪問其內(nèi)部寄存器實現(xiàn)。?

4 STEL-2176技術特點?

??? STEL-2176運用了全數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術,與傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器相比,在系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性以及傳輸速率、載波速率和調(diào)制模式的靈活性上占有優(yōu)勢。?

4.1 高集成度、低功耗的芯片技術?

??? STEL-2176使用0.35μm線寬的CMOS芯片技術,集成度高,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性;工作電壓為較低的+3.3V,大大降低了芯片功耗,而在接口處靈活地提供了可選的I/O電壓(+5V/+3.3V)。?

4.2 寬帶ADC/DAC?

??? 這是全數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術的標志性技術,盡可能在信號通道的前端將模擬信號轉換為數(shù)字信號,以充分發(fā)揮數(shù)字信號處理技術的作用。?

??? STEL-2176采用了10bit的ADC和DAC,能處理近10 MHz帶寬的模擬信號。因為采用帶通采樣技術,模擬信號中心頻率可達幾十兆赫。?

4.3 使用了DDS技術和多速率信號處理算法?

??? 全數(shù)字調(diào)制解調(diào)器一般使用DDS技術和多速率信號處理算法,使系統(tǒng)在單一的參考時鐘下,可以得到幾乎連續(xù)的各種頻率的時鐘信號。因為參考源相同,這些時鐘都是頻率相關的。利用這些時鐘信號,可以得到不同的載波頻率、比特速率和控制信號。另外,傳輸信號在數(shù)字基帶處理時,運用抽取和內(nèi)插等多速率信號處理算法實現(xiàn)了信號速率在不同數(shù)字處理器間的匹配。這樣可以實現(xiàn)傳輸信號的多速率和調(diào)制信號的多模式。?

??? 在STEL-2176的應用中充分體現(xiàn)出這種靈活性的優(yōu)勢。?

4.4 數(shù)字解調(diào)算法?

??? 對一個通信系統(tǒng)的接收部分而言,最重要的就是同步,因此載波和定時的恢復是必要的。數(shù)字解調(diào)算法的核心就是載波和定時的恢復,這也是全數(shù)字調(diào)制解調(diào)器設計的關鍵問題。?

??? STEL-2176先恢復定時,在定時的基礎上,用完全的反饋結構進行載波恢復:先利用NDA(非數(shù)據(jù)輔助)算法對較大的頻差做粗略估計,估計的誤差饋入AFC(自動頻率控制)使本振跟蹤較大的頻差,然后利用DD(數(shù)據(jù)導向)算法估計相差及小頻差,饋入PLL(鎖相環(huán))控制本振,跟蹤已調(diào)信號載波殘留相差。?

??? STEL-2176數(shù)字解調(diào)算法的特點是不需要一段已知的信息碼元——前導碼,但運算量大,恢復同步的時間較長,只能用于連續(xù)解調(diào)器。?

5 STEL-2176在寬帶無線接入系統(tǒng)中的應用舉例?

??? 圖3示出了點對多點寬帶無線接入系統(tǒng)中用戶站調(diào)制解調(diào)器的原理框圖。微處理器AT89C51完成對系統(tǒng)的監(jiān)控以及配置工作,包括對STEL-2176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。?

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??? 接收端STEL-2176設置為輸入44MHz的中頻模擬信號,信息速率為9.92MHz,解調(diào)方式為16QAM。中頻信號經(jīng)過帶通濾波器、AGC之后輸入STEL-2176,STEL-2176輸出的數(shù)據(jù)、解調(diào)時鐘輸入FPGA進行基帶處理。?

??? 發(fā)射端STEL-2176設置為輸出44MHz的中頻模擬信號,信息速率為5.12MHz,調(diào)制方式為突發(fā)的QPSK。FPGA進行基帶處理,產(chǎn)生突發(fā)數(shù)據(jù)包,輸出到STEL-2176,并控制STEL-2176輸出信號,中頻模擬信號再經(jīng)濾波放大后輸出到ODU(室外單元)設備。?

??? 系統(tǒng)另外采用STEL-1109作為基站下行調(diào)制器,完成16QAM的連續(xù)調(diào)制;采用STEL-9257作為基站上行解調(diào)器,完成QPSK的突發(fā)解調(diào),形成一套完整的非對稱傳輸?shù)狞c對多點寬帶無線接入系統(tǒng),已證明系統(tǒng)方案可行。?

??? 系統(tǒng)應用STEL-2176以及FPGA等一系列器件,大大簡化了系統(tǒng)硬件,提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。另外,由于STEL-2176的頻譜利用效率較高,配置靈活,在點對多點的寬帶無線接入系統(tǒng)中使用STEL-2176作為用戶站的調(diào)制解調(diào)器顯得十分方便、有效。?

參考文獻?

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?

2 宗孔德. 多抽樣率信號處理. 北京:清華大學出版社,1996?

3 Intel Corporation. STEL-2176 User＇s Manual. 1999?