摘  要： 介紹了一種采用單片高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD9788實(shí)現(xiàn)將多業(yè)務(wù)數(shù)字分布系統(tǒng)中兩種不同制式多載波數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬中頻信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方案，該方案具有較強(qiáng)的實(shí)用性和參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞： 多業(yè)務(wù)；分布系統(tǒng)；高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器；AD9788

    隨著移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)運(yùn)行的系統(tǒng)制式越來(lái)越多，移動(dòng)通信全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)不斷深入發(fā)展。目前的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀主要是2G、3G和無(wú)線寬帶等多系統(tǒng)并行，語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)多業(yè)務(wù)并存，但由于深度覆蓋不足，系統(tǒng)運(yùn)作效率較低，不能很好地滿足移動(dòng)用戶對(duì)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。用戶的需要和技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了多業(yè)務(wù)分布系統(tǒng)MDAS(Muti-service Distributed Access System)的出現(xiàn)[1]。MDAS是一種集中了2G、3G、無(wú)線寬帶等解決方案的數(shù)字分布系統(tǒng)。MDAS主要由接入單元、擴(kuò)展單元和遠(yuǎn)端射頻單元三部分組成，主要是利用光纖或超五類線將2G、3G基帶數(shù)據(jù)和無(wú)線寬帶數(shù)據(jù)打包共網(wǎng)傳輸，遠(yuǎn)端將接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成用于無(wú)線覆蓋信號(hào)進(jìn)行深度覆蓋。MDAS系統(tǒng)可細(xì)分有CDMA系統(tǒng)、GSM/DCS和WCDMA雙制式系統(tǒng)、GSM/DCS和TD-SDMA雙制式系統(tǒng)，在提供2G、3G移動(dòng)通信服務(wù)的同時(shí)，集成WLAN系統(tǒng)，滿足用戶的高速率無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸需求。AD9788是ADI公司為WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX、GSM等無(wú)線通信系統(tǒng)應(yīng)用推出的一款16位高速DAC芯片，通常情況下用來(lái)實(shí)現(xiàn)單一制式多載波數(shù)字基帶信號(hào)到模擬中頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換。本文將給出一種采用單片AD9788將MDAS雙制式系統(tǒng)中兩種不同制式多載波數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬中頻信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方案。
1 AD9788的功能特性和工作原理
    AD9788是一款16位低功耗、高動(dòng)態(tài)范圍的模數(shù)轉(zhuǎn)換器：器件采用串行外設(shè)接口(SPI)對(duì)內(nèi)部寄存器參數(shù)進(jìn)行編程配置和回讀，設(shè)置AD9788工作方式；內(nèi)置高性能低噪聲的數(shù)字鎖相倍頻器可將較低頻率的輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘倍頻產(chǎn)生DAC內(nèi)部用到的所有控制時(shí)鐘；內(nèi)部有3級(jí)固定插值2倍的插值濾波器，實(shí)現(xiàn)最大8倍差值的內(nèi)部數(shù)字上變頻，提供最大800 MS/s采樣速率；內(nèi)置低功耗精密復(fù)數(shù)壓擴(kuò)振蕩器(NCO)允許將載波設(shè)置在數(shù)字上變頻后DAC帶寬內(nèi)的任意位置；器件通過(guò)復(fù)數(shù)數(shù)字調(diào)制以及增益、相位和失調(diào)補(bǔ)償優(yōu)化直接變頻輸出應(yīng)用；經(jīng)優(yōu)化的DAC輸出可與模擬正交調(diào)制器無(wú)縫連接；模擬輸出電流在8.7 mA～31.7 mA范圍內(nèi)可調(diào)。
    AD9788內(nèi)部功能框圖詳見(jiàn)其數(shù)據(jù)手冊(cè)[2]，使用AD9788前需要通過(guò)SPI接口對(duì)其內(nèi)部可編程寄存器進(jìn)行編程設(shè)置[3]。其內(nèi)部數(shù)字鎖相倍頻器主要根據(jù)地址為0x04的PLL控制寄存器設(shè)置將外部REFCLK輸入的參考時(shí)鐘進(jìn)行倍頻處理得到DAC內(nèi)部所需時(shí)鐘。內(nèi)部時(shí)鐘電路結(jié)合濾波器插值系數(shù)輸出DATACLK，用DATACLK從16位P1D、P2D端口同步讀入基帶IQ數(shù)據(jù)，根據(jù)地址為0x01的數(shù)字寄存器配置進(jìn)行1x、2x、4x或8x插值并抗混疊濾波，并通過(guò)與NCO依據(jù)地址0x0A頻率控制字寄存器和地址0x0B相位控制寄存器產(chǎn)生的正余弦信號(hào)進(jìn)行混頻復(fù)數(shù)調(diào)制實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜搬移，再經(jīng)過(guò)反Sinc函數(shù)(可選)后進(jìn)行增益、相位和失調(diào)補(bǔ)償后送至高速數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)模擬中頻信號(hào)的輸出。
2 基于AD9788的多業(yè)務(wù)數(shù)字分布系統(tǒng)
    系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用軟件無(wú)線電思想，結(jié)合AD9788功能特性，設(shè)計(jì)一多業(yè)務(wù)數(shù)字分布系統(tǒng)中采用單片AD9788將兩種不同制式數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬中頻信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方案，該方案可用于GSM/DCS和WCDMA雙制式系統(tǒng)、GSM/DCS和TD-SDMA雙制式系統(tǒng)。系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理部分采用Altera公司推出的Cyclone IV系列型號(hào)為EP4CGX50 FPGA，圖1為系統(tǒng)發(fā)射端處理框圖。

    EP4CGX50 FPGA內(nèi)部集成4個(gè)收發(fā)器(Serdes)，支持600 Mb/s～3.125 Gb/s的數(shù)據(jù)速率。系統(tǒng)發(fā)射端處理可描述為：由2G基帶IQ數(shù)據(jù)、3G基帶IQ數(shù)據(jù)和WLAN數(shù)據(jù)打包組成的多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包通過(guò)光纖或超五類線輸入FPGA收發(fā)器；收發(fā)器將接收數(shù)據(jù)解包得到的WLAN數(shù)據(jù)通過(guò)FPGA內(nèi)部設(shè)計(jì)的WLAN接口模塊連接無(wú)線AP實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋；解包得到的2G基帶IQ數(shù)據(jù)、3G基帶IQ數(shù)據(jù)分別通過(guò)各自插值濾波、復(fù)數(shù)混頻的數(shù)字上變頻后直接IQ數(shù)據(jù)疊加實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用分布在不同的中頻頻段，疊加后的IQ數(shù)據(jù)通過(guò)P1D和P2D端口在DATACLK時(shí)鐘同步下送至DAC AD9788得到含2G和3G信號(hào)的模擬中頻信號(hào)，分別通過(guò)不同的帶通濾波器后與各自本振混頻、寬帶濾波、功率放大后實(shí)現(xiàn)2G、3G信號(hào)覆蓋。
    為了保證單片AD9788實(shí)現(xiàn)將MDAS中2G、3G兩種不同制式多載波數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬中頻信號(hào)，首先要確定各種不同制式信號(hào)帶寬。在聯(lián)通GSM/DCS和WCDMA雙制式系統(tǒng)中，GSM上行頻率范圍為909 MHz～915 MHz、下行頻率范圍為954 MHz～960 MHz，DCS上行頻率范圍為1 735 MHz～1 755 MHz、下行頻率范圍為1 830 MHz～1 850 MHz，因此GSM/DCS最大頻率帶寬為20 MHz；WCDMA上行頻率范圍為1 940 MHz～1 970 MHz、下行頻率范圍為2 130 MHz～2 160 MHz，WCDMA最大頻率帶寬為30 MHz。在移動(dòng)GSM/DCS和TD-SDMA雙制式系統(tǒng)中，GSM上行頻率范圍為885 MHz～909 MHz、下行頻率范圍為930 MHz～954 MHz，DCS上行頻率范圍為1 710 MHz～1 735 MHz、下行頻率范圍為1 805 MHz～1 830 MHz，因此GSM/DCS最大頻率帶寬為25 MHz；TD-SDMA采用TDD工作方式，上下行用的是同一個(gè)頻點(diǎn), 目前使用頻率范圍為2 010 MHz～2 025 MHz，帶寬為15 MHz。AD9788在2×、４×或８×插值模式下，其有效帶寬是IQ復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)速率的80%，若取DAC接口數(shù)據(jù)速率為122.88 MHz，AD9788內(nèi)部為８×差值，有效數(shù)據(jù)帶寬為122.88 MHz×80%=98.304 MHz。
    98.304 MHz-20 MHz-30 MHz=48.304 MHz(1)
    由式(1)可知，在聯(lián)通GSM/DCS和WCDMA雙制式系統(tǒng)中，當(dāng)GSM/DCS、WCDMA分別位于有效數(shù)據(jù)帶寬兩端時(shí)，GSM/DCS、WCDMA信號(hào)之間還具有最大48.304 MHz間隔帶寬。
   98.304 MHz-25 MHz-15 MHz=48.304 MHz (2)
      同理，在移動(dòng)GSM/DCS和TD-SDMA雙制式系統(tǒng)中，式(2)表明GSM/DCS、TD-SCDMA信號(hào)之間也具有最大48.304 MHz間隔帶寬。可在FPGA內(nèi)部通過(guò)設(shè)置DDS頻率控制字使得2G、3G數(shù)字零中頻輸出信號(hào)在±49.152 MHz范圍內(nèi)，并保證2G、3G數(shù)字中頻信號(hào)具有較大的頻率間隔，使得DAC得到的模擬中頻信號(hào)能通過(guò)帶通濾波器分離出2G、3G信號(hào)。
    AD9788設(shè)置為frefclk=122.88 MHz、fDATACLK=122.88 MHz、8×插值模式、fDACCLK=983.04 MHz、fVCO/fDACCLK=2、fDACCLK/frefclk=8，DAC輸出信號(hào)中心頻率設(shè)置為fCENTER=122.88 MHz，頻率控制字寄存器的值FTW應(yīng)設(shè)置為：
    FTW=(fCENTER×232)/fDACCKL=0x20000000(3)
    表1、表2分別給出了GSM/DCS和WCDMA、GSM/DCS和TD-SCDMA雙制式系統(tǒng)發(fā)送端各種不同制式DAC前數(shù)字中頻和DAC后模擬中頻的頻率范圍。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果
    為了驗(yàn)證以上所提方案，使用Agilent E4438C信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生2G、3G多載波信號(hào)輸入MDAS系統(tǒng)中，在系統(tǒng)DAC AD9778后端用Agilent 8595E頻譜儀觀測(cè)輸入的模擬中頻信號(hào)。圖2為GSM/DCS和WCDMA雙制式系統(tǒng)DAC輸出波形，屏幕中心頻點(diǎn)為122.88 MHz，帶寬100 MHz，左半部分顯示的是4載波WCDMA信號(hào)，右半部分顯示頻率間隔為2 MHz的8音信號(hào)模擬GSM/DCS信號(hào)；圖3為GSM/DCS和TD-SCDMA雙制式系統(tǒng)DAC輸出波形，屏幕中心頻點(diǎn)為122.88 MHz，帶寬100 MHz，左半部分顯示的是9載波TD-SCDMA信號(hào)，右半部分顯示頻率間隔為1.6 MHz的10音信號(hào)模擬GSM/DCS信號(hào)。從圖2、圖3可以看出，兩種不同制式信號(hào)能夠很好地通過(guò)單片DAC AD9778完成數(shù)字中頻信號(hào)到模擬中頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并且兩種不同制式信號(hào)之間具有較大頻率的保護(hù)間隔，能夠通過(guò)帶通濾波器分離出不同制式信號(hào)。

    本文介紹了一種采用單片高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD9788實(shí)現(xiàn)將多業(yè)務(wù)數(shù)字分布系統(tǒng)中兩種不同制式多載波數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬中頻信號(hào)的實(shí)現(xiàn)方案，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該方案具有較強(qiáng)的實(shí)用性和參考價(jià)值。
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