基于GC5016的数字直放站设计数字光纤直放站Word文档下载推荐.docx
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GC5016是TI公司推出的宽带四通道可编程数字上变频/下变频转换器,提供160MSPS时钟、杰出的3G性能、灵活的宽带数字滤波、多个输入与输出接口选项以及超低功耗。
同时,它也可以作为普通的数字滤波器使用。
在上变频模式,信道接收实数据或者复数据,用可编程的数值1~4096进行抽取,并将其调制到选定的中心频率上。
已调信号可以是四个通道的信号之和,也可以是任选的其他GC5016芯片的已调信号相加。
信道可以成对使用以增加输出采样率或者增加输入信号的带宽,或者同时实现两个目标。
每个通道包含一个用户可编程输入滤波器(PFIR),这个滤波器可以用作发射数据的整形滤波器或用以生成QPSK、GMSK或者QAM信号等的Nyquist滤波器。
在下变频转换模式,信道接收的还是实数据或者复数据,并解调到选定的载频上,再用可编程的数值1~4096进行抽取,然后进行自动增益控制放大,并产生20位的输出。
下变频转换模式下,信道的输出信号经过格式化后,以实数或者复数的形式加到四个输出端口,完成数字信号的下变频。
在下变频通道模式下,GC5016的4个通道的输入时钟速率可达160MS/s,而2个通道则可以达到320MS/s,4组宽带下变频通道可支持UMTS标准,具有115dB无失真动态范围(SFDR)的处理能力,具有16个能达到255阶的FIR滤波器,64个并行输入/输出位,提供灵活的I/O选项。
上变频通道模式与下变频模式的性能基本相同,输出可以是独立的,可以是一两个输出的和,也可以是任意的几个GC5016芯片输出信号的融合。
模拟直放站简介
目前成熟的采用模拟方式处理的直放站框图如图1所示(以宽带直放站为例),其中,下行链路是直放站通过天线接收基站发来的信号,经过低噪声放大器(LNA)、射频滤波器(RFFilter)、混频器(下变频)、中频声表滤波器(IFFilter)、混频器(上变频)、射频滤波器(RFFilter)、功率放大器驱动模块(Amp)和功率放大器(PA),再通过天线发射出去;
上行链路是直放站通过天线接收移动台(通常是手机或车载电话),经过与下行链路类似的处理后,通过天线发射给基站。
目前的直放站为了满足不同的体制与标准,必须更换其中的中频滤波单元(IFFilter)模块,致使不同体制标准的直放站具有不同的硬件配置,大大增加研发、生产和维护成本。
数字直放站设计
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数字中频框图
随着A/D、D/A及数字信号处理技术的发展,现在软件无线电技术已经可以用于直放站的中频滤波单元,
如图2所示。
采用图2所示的一个数字中频单元模块直接替换图1中的模拟中频滤波单元(IFFilter)模块(包括上行和下行两个模块),就基本可以满足目前所有体制标准的直放站硬件需求。
这样,直放站的硬件平台基本达到了统一,只要采用不同的数字滤波配置代码,就可以实现不同标准的直放站功能。
其中的数字滤波功能可以采用高速DSP芯片、FPGA或专用ASIC实现。
芯片选型
基于上行/下行的对称性及成本上的考虑,这里的A/D和D/A芯片都选择了双通道集成的芯片。
其中,A/D选择ADS5553;
D/A选择DAC5687;
数字滤波采用专用ASIC芯片GC5016实现。
ADS5553的分辨率为14bit,采样率为65MS/s,70MHzfIN时的信号杂波比(SNR)为74dBFs,SFDR为84dBc。
DAC568不仅能够提供大于75dB的信噪比(sNR),以及大于81dBc的三阶互调(IMD3),而且还允许多载波系统在更高的输出功率下进行工作。
此外,DAC5687在速率为500MS/s时的功耗仅为700mW,提高了系统可靠性并实现了更高的通道密度。
系统配置
基于上述数字中频硬件平台,可以通过不同的配置,以应用于不同标准的直放站,现以WCDMA直放站为例进行详细说明。
设置输入模拟中频(IF)为140MHz,ADC5553的采样频率为61.44MHz。
采用通带欠采样技术,ADC5553输出速率为61.44MS/s。
GC5016接收ADC5553输出的信号,进行下变频、滤波后信号速率变为7.68MS/s,然后再进行上变频处理,输出速率为61.44MS/s的中频数字信号。
DAC5687接收GC5016输出的信号,通过内插和滤波输出140MHz的IF模拟信号。
ADC5553不需要软件配置,只要给它稳定的61.44MHz时钟就可以了。
系统的滤波功能主要在GC5016中实现,WCDMA对于滤波的要求如图3所示。
DAC5687需要完成内插/滤波及上变频的功能,可通过串行接口对其进行编程。
GC5016可以采用CMD5016配置软件程序,按要求生成一系列输出文件。
这里面包含配置文件、分析文件、调试文件和列表文件。
配置文件以一种格式定义所有寄存器的设置以适合GCl01的估计模式。
分析文件提供用户内部到芯片的增益反馈信息,并且提供其他有用的信息给用户读取。
调试文件是给软件程序的调试者使用的,而且这个文件对其他人可能是保密的。
列表文件包含每个控制区的值。
这种格式可以使用户较容易地看出每个控制区采用的是哪种设置。
在前面已经讲到,每个通道都有两种工作模式:
发射和接收。
这里采用两个通道(AB)用于发射,两个通道(CD)用于接收。
由于不同的参数适合于不同的工作模式,所以使用时要先进行模式设置。
模式的设置可以用一条模式命令完成。
mode[ABICD][transmitlreceive]本文为全文原貌未安装PDF浏览器用户请先下载安装原版全文用户在命令文件中定义变量。
这些变量可以是区(硬件控制寄存器的位区)或者pseudo_fields(仅仅在软件中存在的变量,而在硬件中没有与之直接对应的元素)。
变量可以有六种类型:
mandatory(M)、defaulted(D)、puted(C)、unused(U)、expert(E)和notavailable
(一)。
Notavailable只能用在只读变量中。
在发射和接收模式中,变量有不同的类型。
例如,cic_int在发射中是M(mandatory)型,而在接收中则是U(unused)型。
任何变量
均可以由用户定义,而且它们的值可用于芯片的编程也可用于其他区的计算。
用户要想修改这些变量的值,就应该在软件中给出c和E区定义值。
有一点需要注意,为了提高程序的可读性,往往需要加一些注释,注释的格式是:
以“#”或者“/”开始,在注释中允许有空行。
图4和图5分别是WCDMA滤波器频率响应和滤波器频率响应过渡带宽度和阻带衰减的关系。
结语
该硬件平台已经成功应用于多种直放站设备,都达到了相应的移动通信直放站标准,性能稳定可靠,取得了较好的经济效益。
晶体振荡器分类
普通晶体振荡器:
普通晶体振荡器(PackagedCrystalOscillator,PXO)最简单,应用最广泛,其基本控制元件为晶体元件的振荡器。
由于不采用温度控制和温度补偿方式,它的频率一温度特性主要由所采用的晶体元件来确定。
电压控制晶体振荡器:
电压控制晶体振荡器(VOIrageControlledCrystalOscillator,VCXO)是一种用外加控制电压偏置或调制其频率输出的晶体振荡器。
VCXO的频率一温度特性类似于PXO,主要由所采用的晶体元件来确定。
温度补偿晶体振荡器温度补偿晶体振荡器(TomperatureCompensatedCrystalOsciliator,TCXO)包括包括数字补偿晶体振荡器和微机补偿晶体振荡器。
器件内部采用模拟补偿网络或数字补偿方式、利用晶体负载电抗随温度的变化而补偿晶体元件的频率一温度特性,以达到减少其频率一温度偏移的晶体振荡器。
恒温控制晶体振荡器恒温控制晶体振荡器(OCXO)至少是将晶体元件置于隔热罩里(如恒温槽)控制其温度,以使晶体温度基本维持不变的晶体振荡器。
电压控制一温补晶体振荡器(VCTCXO)温度补偿晶体振荡器和电压控制晶体振荡器的结合。
电压控制一恒温晶体振荡器(VCOCXO)恒温晶体振荡器和电压控制晶体振荡器的结合。
注:
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