對于第三代移動通信系統(tǒng),，各國提出了多種不同的標準，要統(tǒng)一這些標準是非常困難的,，IMT-2000的發(fā)展策略已經(jīng)改變過去“統(tǒng)一”的概念,，轉而以各地區(qū)現(xiàn)有第二代系統(tǒng)網(wǎng)絡為基礎來制定比較現(xiàn)實的過渡方案，提出了“IMT-2000家族”的概念,。它放棄了在空中接口,、網(wǎng)絡技術等方面一致性的努力，而致力于制定網(wǎng)絡接口的標準和互通方案,。而第二代移動通信系統(tǒng)中又有GSM和CDMA兩個標準體制,。因此，在未來的移動通信的直放站中存在著多頻,、多模,、多體制和多標準等問題，為軟件無線電技術在直放站中的應用提出了切實的需求,。為了提高3G直放站的性價比,，采用數(shù)字技術來統(tǒng)一3G直放站的硬件平臺是一種較好的解決方案。
GC5016簡介
GC5016是TI公司推出的寬帶四通道可編程數(shù)字上變頻/下變頻轉換器,，提供160MSPS時鐘,、杰出的3G性能、靈活的寬帶數(shù)字濾波,、多個輸入與輸出接口選項以及超低功耗,。同時，它也可以作為普通的數(shù)字濾波器使用,。
在上變頻模式,，信道接收實數(shù)據(jù)或者復數(shù)據(jù),，用可編程的數(shù)值1～4096進行抽取，并將其調制到選定的中心頻率上,。已調信號可以是四個通道的信號之和,，也可以是任選的其他GC5016芯片的已調信號相加。信道可以成對使用以增加輸出采樣率或者增加輸入信號的帶寬,，或者同時實現(xiàn)兩個目標,。每個通道包含一個用戶可編程輸入濾波器(PFIR)，這個濾波器可以用作發(fā)射數(shù)據(jù)的整形濾波器或用以生成QPSK,、GMSK或者QAM信號等的Nyquist濾波器,。
在下變頻轉換模式,，信道接收的還是實數(shù)據(jù)或者復數(shù)據(jù),，并解調到選定的載頻上，再用可編程的數(shù)值1～4096進行抽取,，然后進行自動增益控制放大,，并產(chǎn)生20位的輸出。下變頻轉換模式下,，信道的輸出信號經(jīng)過格式化后,，以實數(shù)或者復數(shù)的形式加到四個輸出端口，完成數(shù)字信號的下變頻,。
上變頻通道模式與下變頻模式的性能基本相同,，輸出可以是獨立的,，可以是一兩個輸出的和，也可以是任意的幾個GC5016芯片輸出信號的融合,。
模擬直放站簡介
目前成熟的采用模擬方式處理的直放站框圖如圖1所示(以寬帶直放站為例),，其中，下行鏈路是直放站通過天線接收基站發(fā)來的信號,，經(jīng)過低噪聲放大器(LNA),、射頻濾波器(RF Filter)、混頻器(下變頻),、中頻聲表濾波器(IF Filter),、混頻器(上變頻),、射頻濾波器(RF Filter)、功率放大器驅動模塊(Amp)和功率放大器(PA),，再通過天線發(fā)射出去,；上行鏈路是直放站通過天線接收移動臺(通常是手機或車載電話)，經(jīng)過與下行鏈路類似的處理后,，通過天線發(fā)射給基站,。
目前的直放站為了滿足不同的體制與標準，必須更換其中的中頻濾波單元(IF Filter)模塊,，致使不同體制標準的直放站具有不同的硬件配置,，大大增加研發(fā)、生產(chǎn)和維護成本,。
數(shù)字直放站設計
● 數(shù)字中頻框圖
隨著A/D,、D/A及數(shù)字信號處理技術的發(fā)展，現(xiàn)在軟件無線電技術已經(jīng)可以用于直放站的中頻濾波單元,，如圖2所示,。采用圖2所示的一個數(shù)字中頻單元模塊直接替換圖1中的模擬中頻濾波單元(IF Filter)模塊(包括上行和下行兩個模塊)，就基本可以滿足目前所有體制標準的直放站硬件需求,。這樣,，直放站的硬件平臺基本達到了統(tǒng)一，只要采用不同的數(shù)字濾波配置代碼,，就可以實現(xiàn)不同標準的直放站功能,。其中的數(shù)字濾波功能可以采用高速DSP芯片、FPGA或專用ASIC實現(xiàn).
● 芯片選型
基于上行/下行的對稱性及成本上的考慮,，這里的A/D和D/A芯片都選擇了雙通道集成的芯片,。其中，A/D選擇ADS5553,；D/A選擇DAC5687,；數(shù)字濾波采用專用ASIC芯片GC5016實現(xiàn)。
ADS5553的分辨率為14bit,，采樣率為65MS/s,，70MHz fIN時的信號雜波比(SNR)為74dBFs，SFDR為84dBc,。
DAC568不僅能夠提供大于75dB的信噪比(SNR),，以及大于81dBc的三階互調(IMD3)，而且還允許多載波系統(tǒng)在更高的輸出功率下進行工作,。此外,，DAC5687在速率為500MS/s時的功耗僅為700mW，提高了系統(tǒng)可靠性并實現(xiàn)了更高的通道密度,。
系統(tǒng)配置
基于上述數(shù)字中頻硬件平臺,，可以通過不同的配置,，以應用于不同標準的直放站，現(xiàn)以WCDMA直放站為例進行詳細說明,。
設置輸入模擬中頻(IF)為140MHz,，ADC5553的采樣頻率為61.44MHz。采用通帶欠采樣技術,，ADC5553輸出速率為61.44MS/s,。GC5016接收ADC5553輸出的信號，進行下變頻,、濾波后信號速率變?yōu)?.68MS/s,，然后再進行上變頻處理，輸出速率為61.44MS/s的中頻數(shù)字信號,。DAC5687接收GC5016輸出的信號,，通過內(nèi)插和濾波輸出140MHz的IF模擬信號。
ADC5553不需要軟件配置,，只要給它穩(wěn)定的61.44MHz時鐘就可以了,。系統(tǒng)的濾波功能主要在GC5016中實現(xiàn),，WCDMA對于濾波的要求如圖3所示,。DAC5687需要完成內(nèi)插/濾波及上變頻的功能，可通過串行接口對其進行編程,。
GC5016可以采用CMD5016配置軟件程序,，按要求生成一系列輸出文件。這里面包含配置文件,、分析文件,、調試文件和列表文件。配置文件以一種格式定義所有寄存器的設置以適合GC101的估計模式,。分析文件提供用戶內(nèi)部到芯片的增益反饋信息,，并且提供其他有用的信息給用戶讀取。調試文件是給軟件程序的調試者使用的,，而且這個文件對其他人可能是保密的,。列表文件包含每個控制區(qū)的值。這種格式可以使用戶較容易地看出每個控制區(qū)采用的是哪種設置,。
在前面已經(jīng)講到,，每個通道都有兩種工作模式：發(fā)射和接收。這里采用兩個通道(AB)用于發(fā)射,，兩個通道(CD)用于接收,。由于不同的參數(shù)適合于不同的工作模式，所以使用時要先進行模式設置,。模式的設置可以用一條模式命令完成,。
mode [AB|CD] [transmit| receive]用戶在命令文件中定義變量,。這些變量可以是區(qū)(硬件控制寄存器的位區(qū))或者pseudo_fields(僅僅在軟件中存在的變量，而在硬件中沒有與之直接對應的元素),。變量可以有六種類型：mandatory(M),、defaulted(D)、computed(C),、unused(U),、expert(E)和not available(-)。Not
available只能用在只讀變量中,。在發(fā)射和接收模式中,，變量有不同的類型。例如,，cic_int在發(fā)射中是M(mandatory)型,，而在接收中則是U(unused)型。任何變量均可以由用戶定義,，而且它們的值可用于芯片的編程也可用于其他區(qū)的計算,。用戶要想修改這些變量的值，就應該在軟件中給出C和E區(qū)定義值,。有一點需要注意,，為了提高程序的可讀性，往往需要加一些注釋,，注釋的格式是：以“#”或者“/”開始,，在注釋中允許有空行。
圖4和圖5分別是WCDMA濾波器頻率響應和濾波器頻率響應過渡帶寬度和阻帶衰減的關系,。
結語
該硬件平臺已經(jīng)成功應用于多種直放站設備,，都達到了相應的移動通信直放站標準，性能穩(wěn)定可靠,，取得了較好的經(jīng)濟效益,。