摘? 要: 介紹了AD公司最新推出的接收信號處理器AD6624的工作原理及其工作參數的設置,并根據基站無線發(fā)射與接收的相關規(guī)程(3GPP25104)的要求,對AD6624在寬帶碼分多址(WCDMA)數字中頻" title="數字中頻">數字中頻接收部分的應用進行了研究。
關鍵詞: AD6624? 數字中頻? WCDMA
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傳統(tǒng)的擴頻系統(tǒng)電路復雜、一致性差、不易調整,并且系統(tǒng)的專用性強。將軟件無線電" title="軟件無線電">軟件無線電的思想引入現有系統(tǒng),即將A/D和D/A盡可能靠近天線并在硬件平臺上用軟件完成盡可能多的無線電功能,對減小系統(tǒng)硬件設計難度和提高系統(tǒng)的靈活性與通用性都是十分必要的。
利用軟件無線電結構實現的擴頻系統(tǒng),由于DSP處理速度的限制和數字濾波等運算量的要求,系統(tǒng)通常在中頻部分進行數字化,即所謂數字中頻。在發(fā)射信道,由軟件定義的數字調制波形信號通過寬帶DAC變換成模擬中頻信號,然后將中頻信號變頻成射頻信號進行發(fā)射;而在接收信道,通過寬帶ADC采樣中頻轉換成數字信號,然后進行數字變頻、解調進入基帶處理。不難看出,數字中頻的核心部分為寬帶AD、DA變換模塊和高速實時數字信號處理模塊,其原理框圖如圖1所示。
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利用AD公司最新推出的接收信號處理器(Receive Signal Processor)AD6624與高性能DSP和A/D構成的軟件無線電硬件接收平臺,將在很大程度上滿足數字中頻信號的處理要求。
1 AD6624簡介
AD6624的主要特征有以下幾點:80MSPS寬帶輸入(14個線性比特加上3個RSSI),雙路高速數據輸入端口,單片集成四個獨立的數字接收通道,可編程抽取FIR濾波器和增益控制。AD6624可廣泛應用于GSM、IS-136、EDGE、PHS、IS-95系統(tǒng),微蜂窩和微微蜂窩系統(tǒng),無線本地環(huán)路,靈敏的天線系統(tǒng),軟件無線電和室內無繩電話等。AD6624的原理框圖如圖2所示。
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AD6624內部的信號處理包括以下四個部分:頻率變換器、二階的重抽樣級聯(lián)積分梳狀濾波器(rCIC2)、五階的級聯(lián)積分梳狀FIR濾波器(CIC5)以及一個RAM系數濾波器(RCF)。
1.1 頻率變換器
頻率變換部分包含兩個乘法器和一個32-bit復數數控振蕩器(NCO)。NCO作為正交本振,可產生fSAMP/2到fSAMP/232的振蕩信號,分辨率達到fSAMP/232。
控制字NCO_FREQ是一個32-bit無符號整數,為了將中心頻率為fCH的信號變換到DC,可用下式計算該控制字：
當中頻大于取樣速率fSAMP時,模函數(mod)去掉該數的整數部分,使之可以存放在32-bit的NCO頻率寄存器中。若fCH/fSAMP的余數大于0.5,NCO頻率就會高于奈奎斯特速率,相應的信號就會被折回到第一奈奎斯特區(qū)域而成為一負頻率。
為了提高NCO的雜散性能,AD6624提供了相位抖動和幅度抖動選項。
1.2 rCIC2抽取濾波器
rCIC2是一個二階CIC固定參數抽取濾波器" title="抽取濾波器">抽取濾波器,作為重采樣濾波器。rCIC2允許主時鐘和輸出速率有非整數倍關系。內插率和抽取率分別高達512和4096。rCIC2的重采樣因子L為9bit整數,抽取因子M為一12bit整數。速率變化為一分數形式:
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對rCIC2的唯一限制,是L/M應小于或等于1,即 RrCIC2≤1。
rCIC2的輸出速率為:
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1.3 CIC5抽取濾波器
CIC5是一個比rCIC2濾波特性更為陡峭的固定參數抽取濾波器。其輸入速率為fSAMP2,最大輸入速率由下式限制:
式中,fCLK為系統(tǒng)時鐘" title="系統(tǒng)時鐘">系統(tǒng)時鐘,NCH等于2時為分集信道實輸入模式,否則NCH等于1。
CIC5的輸出速率為:
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1.4 RAM系數濾波器
RAM系數濾波器是乘積求和可編程系數抽取濾波器,圖3給出了其簡化框圖。
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數據存儲器I-RAM、Q-RAM存儲了256個最新的復采樣值,其分辨率為20bit。系數存儲器C-RAM最多可存儲256個系數,其分辨率為20bit。每一個時鐘用同樣的系數分別對I和Q的一個抽頭進行計算。最大的抽頭數NTAPS可按下式計算:
式中，抽取因子MRCF為8bit，即可選1～256之間的任意整數。
??? fSAMP5為輸入RCF的數據速率" title="數據速率">數據速率。
?? 此濾波器的輸出速率為:
2 資源需求
AD6624具有4個獨立的數字接收信道。由于時鐘CLK的限制,每個信道主要用于窄帶載頻。但通過幾個信道或幾片AD6624并行處理,降低單個信道的數據速率,提高RCF濾波器的階數。AD6624在WCDMA上的應用是可行的。
RCF濾波器的階數(即抽頭數)可通過下式計算:
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式中:NTAPS——RCF濾波器的階數(即抽頭數)
??? fCLK——系統(tǒng)時鐘頻率
? MRCF——RCF濾波器抽取因子
? fSAMP5——前端CIC5抽取濾波器的輸出速率
根據3GPP25104的要求,數據速率應為3.84MSPS。若系統(tǒng)時鐘fCLK取61.44MHz,CIC5抽取濾波器的輸出速率fSAMP5為3.84MSPS,RCF濾波器抽取因子MRCF為1,根據(6)式計算可得NTAPS為16。NTAPS仍遠遠不能達到WCDMA的要求。
現通過多信道并行處理,重新選取參數如下:
系統(tǒng)時鐘fCLK仍為61.44MHz,抽取因子RrCIC2、MCIC5、MRCF設置為RrCIC2=2、MCIC5=2、MRCF=8。若取CIC5抽取濾波器的輸出速率fSAMP5為15.36MSPS,RCF濾波器抽取因子MRCF為8,根據(6)式計算可得NTAPS為32,即可滿足WCDMA的要求。根據(7)式,信道的輸出速率為1.92MSPS,因為3.84/1.92=2,即需要2個信道并行使用。通過外部配置FPGA進行串/并轉換、信道求和,恢復3.84MSPS的數據速率可得圖4所示的輸出端口結構。
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3 FIR濾波器仿真
FIR濾波器采用矩形窗函數設計法,圖5給出了FIR濾波器的頻率響應曲線;圖6給出了FIR濾波器的單位取樣響應曲線。由圖5可知,FIR濾波器在2.4MHz左右,帶外衰減可達60dB以上,完全滿足WCDMA對消除碼間干擾和相鄰信道抑制的要求。
AD6624通過外配FPGA并用通用DSP控制,即可方便地實現數字中頻接收。
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參考文獻
1 AD6624 Datasheet.Analog Devices，2001
2 A.J.維特比著,李世鶴譯. CDMA擴頻通信原理.北京:人民郵電出版社,1997
3 鈕心忻,楊義先.軟件無線電技術與應用.北京:北京郵電大學出版社,2000