原创基于AD6623 中频数字化多载波发射机设计与实现

 2009-9-22 08:01  1231 5 5 分类: EDA/ IP/ 设计与制造


作者：刘旭，周正欧时间：2006-12-15 来源:

摘要：能否灵活、高效、准确地处理多类型信号，是软件无线电中数字中频技术的关键。本文结合ADI 公司的系列芯片在软件无线电中数字中频部分的实现，介绍了发射信号处理器AD6623 的工作原理并给出了部分具体的设计过程。关键词：软件无线电；AD6623；多速率；数字上变频；内插软件无线电（Software Radio）是最近几年提出的一种实现无线通信的体系结构, 是继模拟到数字、固定到移动之后, 无线通信领域的又一次重大突破。其基本思想是：将宽带A / D 变换尽可能地靠近射频天线, 即尽可能早地将接收到的模拟信号数字化, 最大程度地通过软件来实现电台的各种功能。软件无线电的结构软件无线电是将标准化、模块化的处理功能通过一个通用硬件平台，再通过软件加载的方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种开放式结构。要实现它，数字化硬件平台是基础，软件可编程可重复使用是核心，实现多波段、多体制、多制式和通用式接收才是目的。软件无线电实现框图如图1 所示。构完成RF（Radio Frequency）到IF（Intermediate Frequency、IF 到RF 的转换。在接收IF 处理部分，AD6644/AD6645 完成中频采样，AD6624（四通道接受信号处理器）完成四载波数字调谐、滤波和数据抽取至基带。在发射IF 处理部分，A D 6 6 2 3（四通道发射信号处理器）完成F I R 滤波（或л /4 － DQPSK、GMSK 、MSK、8 － PSK、3 л /8 － 8PSK、QPSK 调制方式中的一种）、内插、数字变频以及4 个载波信号的合成，AD9772 完成14 位数模转换。在数字中频内需要对多速率信号进行处理，关键在于选用适当的插值、抽取和滤波器系数。直接在射频端实现信号的数字化，现在的器件根本无法满足后续处理要求，特别是对于直接序列扩频数字接收机。目前一般采用中频数字化方案，后端的中频数字信号处理单元采用可重构性的器件完成信号的处理，系统保留了软件无线电接收机的通用、灵活、开放等优点。 AD6623 功能介绍 104MSPS 四通道发射信号处理器AD6623 是一种能完成数据内插、脉冲整形与滤波、多种调制方式以及频率调谐的数字处理器，可变的通道特性，包括数据速率、通道带宽和通道类型，允许单通道通用R F发射机同时支持多个通道和调制标准。每个通道有独立内插滤波器、控制单元，每个芯片产生4 个载波。内插滤波器由用户编程，R C F ( 或各调制方式) 系数也可编程，允许用户为特定应用规定所需的滤波器抽头数。同相和正交采样控制字在T S P 中几个数字滤波器中加以处理，如集成梳状滤波器(CIC)和RAM 系数滤波器(RCF)。这些滤波器对I 和Q 数据流进行内插，消除信号干扰、混迭和镜像信号分量。 A D 6 6 2 3 具有多载波、多种调制方式，其主要功能是将D S P 产生的基带数字信号通过内插、数字上变频等处理输出至具有高采样率、宽模拟带宽和大动态范围等特点的数摸转换器，完成宽带数字上变频。主要应用于：Cellular/PCS基站、Micro/Pico Cell基站、多载波多模式基站数字收发机（比如G S M 、E D G E 、IS136、PHS、IS95、TDS CDMA、UMTS 和CDMA2000）、相控阵列天线系统、软件定义无线电（调谐精度优于0.025Hz、实数或复数输出）等。 AD6623 应用设计步骤 AD6623 主要参数设计（1 ）首先根据系统要求和外围电路确定A D 6 6 2 3工作模式：Master 或Slave 模式、二进制偏移码或二进制补码输出、F I R 滤波器或某一调制方式应用、采取何种同步方式等；（2 ）确定所需的发送通道数目：A D 6 6 2 3 中的任一个通道都有足够的能力来完成窄带载波的处理，而对于宽带载波的处理就需要多个通道来协同工作；（3 ）确定R C F 阶数N _{R C F}和R C F 内插率L _{R C}_FN_RCF≤min (L/2, 16×L_RCF, 256) 其中，L 为通道内插率，L_{R C F}为R C F 内插率。 L ＝ L_RCF× L_CIC5× L_CIC2/M_CIC2＝ N_TSP× f_CLK/f_IN，L_CIC5为CIC5 的内插系数，L_CIC2为RCIC2 的内插系数，M_CIC2为R C I C 2 的抽取系数。由于二阶重采样梳状内插滤波器具有内插和抽取两种系数，可以使得内插范围更大，内插倍数可以是非整数倍，因而工作更灵活；（4 ）根据滤波器的要求，确定R C F 滤波器系数，利用ADI 公司提供的A D 6 6 2 3 滤波器设计软件可简化参数设计过程。只需要输入f_C_{L K}、f_I_N、L ( 三者相关，L=f_CLK/ f_IN)，以及滤波器的通带带宽、通带波动和阻带衰减几个参数，软件就可确定L_RCF、L_CIC5、L_CIC2、M_CIC2，并生成相应的RCF 系数文件以及RCF 和CIC 滤波器的频谱响应、R C F 滤波器的脉冲响应。用户也可利用M A T L A B 等软件确定R C F 滤波器的系数；（5）选取适当的L_CIC5（内插系数1～32），L_CIC2（内插系数1～4096）和M_CIC2 （抽取系数1～512），确保满足系统要求并且不会产生下溢；（6 ）当使用AD6623 来完成某些调制方式时，通过对相应的控制寄存器的设置来完成，选取合适的数据格式和数据精度；（7 ）对于一些具有高速突发数据特征的标准，比如TDMA，可以通过对相应POWER RAMP 系数寄存器和控制寄存器的设置来使用POWER RAMP 功能以消除信号的混迭（64 阶R A M P 系数最大可扩展至1 2 8 阶）。 AD6623控制字读写 AD6623的Micro Port接口支持Intel和Motorola两种模式。通过3 位地址线，8 位数据线对8 个外部寄存器的访问，可以大大扩展对内部寄存器的访问能力（1 2 位内部地址线，3 2 位内部数据线）。初始化时如果外部控制单元控制的时钟比A D 6 6 2 3 的主时钟低，则对时序的要求较低，外部控制单元与A D 6 6 2 3 的主时钟并不要求同步。如外部控制单元选择的工作时钟比A D 6 6 2 3 的主时钟高，则对时序的要求很高，必须注意两者的同步关系，或者外部控制单元进行操作时要插入一些等待周期。注意在写数据时必须最后写数据寄存器0 ，而在读数据时正好相反，必须首先读数据寄存器0 ，以此来激活内部寄存器, 完成一个完整的读写过程。结束语本文介绍了发射信号处理器A D 6 6 2 3 在软件无线电中实现中频数字化多载波发射机的具体设计与应用。从对系统的分析和实验表明，采用A D 6 6 2 3 完成软件无线电中高速数字上变频，可有效地降低设备的复杂性，缩短开发周期，提高设备的稳定性，可靠性和灵活性，具有广阔的应用前景。