AD9788在多業(yè)務數字分布系統(tǒng)中的應用

邱應強，邱祺盛

（1.華僑大學 信息科學與工程學院，福建 廈門361021；2.泉州澤仕通科技有限公司，福建 泉州362000）

隨著移動通信技術的飛速發(fā)展，移動運營商在網運行的系統(tǒng)制式越來越多，移動通信全業(yè)務運營不斷深入發(fā)展。目前的網絡現(xiàn)狀主要是2G、3G和無線寬帶等多系統(tǒng)并行，語音、數據和互聯(lián)網多業(yè)務并存，但由于深度覆蓋不足，系統(tǒng)運作效率較低，不能很好地滿足移動用戶對語音和數據業(yè)務的需求。用戶的需要和技術的進步推動了多業(yè)務分布系統(tǒng)MDAS(Muti-service Distributed Access System)的出現(xiàn)[1]。MDAS是一種集中了2G、3G、無線寬帶等解決方案的數字分布系統(tǒng)。MDAS主要由接入單元、擴展單元和遠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基帶數據和無線寬帶數據打包共網傳輸，遠端將接收數據轉變成用于無線覆蓋信號進行深度覆蓋。MDAS系統(tǒng)可細分有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移動通信服務的同時，集成WLAN系統(tǒng)，滿足用戶的高速率無線數據傳輸需求。AD9788是ADI公司為WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX、GSM等無線通信系統(tǒng)應用推出的一款16位高速DAC芯片，通常情況下用來實現(xiàn)單一制式多載波數字基帶信號到模擬中頻信號的轉換。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字基帶信號轉換成模擬中頻信號的實現(xiàn)方案。

1 AD9788的功能特性和工作原理

AD9788是一款16位低功耗、高動態(tài)范圍的模數轉換器：器件采用串行外設接口(SPI)對內部寄存器參數進行編程配置和回讀，設置AD9788工作方式；內置高性能低噪聲的數字鎖相倍頻器可將較低頻率的輸入參考時鐘倍頻產生DAC內部用到的所有控制時鐘；內部有3級固定插值2倍的插值濾波器，實現(xiàn)最大8倍差值的內部數字上變頻，提供最大800 MS/s采樣速率；內置低功耗精密復數壓擴振蕩器(NCO)允許將載波設置在數字上變頻后DAC帶寬內的任意位置；器件通過復數數字調制以及增益、相位和失調補償優(yōu)化直接變頻輸出應用；經優(yōu)化的DAC輸出可與模擬正交調制器無縫連接；模擬輸出電流在8.7 mA～31.7 mA范圍內可調。

AD9788內部功能框圖詳見其數據手冊[2]，使用AD9788前需要通過SPI接口對其內部可編程寄存器進行編程設置[3]。其內部數字鎖相倍頻器主要根據地址為0x04的PLL控制寄存器設置將外部REFCLK輸入的參考時鐘進行倍頻處理得到DAC內部所需時鐘。內部時鐘電路結合濾波器插值系數輸出DATACLK，用DATACLK從16位P1D、P2D端口同步讀入基帶IQ數據，根據地址為0x01的數字寄存器配置進行1x、2x、4x或8x插值并抗混疊濾波，并通過與NCO依據地址0x0A頻率控制字寄存器和地址0x0B相位控制寄存器產生的正余弦信號進行混頻復數調制實現(xiàn)信號頻譜搬移，再經過反Sinc函數(可選)后進行增益、相位和失調補償后送至高速數模轉換模塊實現(xiàn)模擬中頻信號的輸出。

2 基于AD9788的多業(yè)務數字分布系統(tǒng)

系統(tǒng)設計采用軟件無線電思想，結合AD9788功能特性，設計一多業(yè)務數字分布系統(tǒng)中采用單片AD9788將兩種不同制式數字中頻信號轉換成模擬中頻信號的實現(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)數字信號處理部分采用Altera公司推出的Cyclone IV系列型號為EP4CGX50 FPGA，圖1為系統(tǒng)發(fā)射端處理框圖。

圖1 系統(tǒng)發(fā)射端處理框圖

EP4CGX50 FPGA內部集成4個收發(fā)器(Serdes)，支持600 Mb/s～3.125 Gb/s的數據速率。系統(tǒng)發(fā)射端處理可描述為：由2G基帶IQ數據、3G基帶IQ數據和WLAN數據打包組成的多業(yè)務數據包通過光纖或超五類線輸入FPGA收發(fā)器；收發(fā)器將接收數據解包得到的WLAN數據通過FPGA內部設計的WLAN接口模塊連接無線AP實現(xiàn)無線網絡覆蓋；解包得到的2G基帶IQ數據、3G基帶IQ數據分別通過各自插值濾波、復數混頻的數字上變頻后直接IQ數據疊加實現(xiàn)頻分復用分布在不同的中頻頻段，疊加后的IQ數據通過P1D和P2D端口在DATACLK時鐘同步下送至DAC AD9788得到含2G和3G信號的模擬中頻信號，分別通過不同的帶通濾波器后與各自本振混頻、寬帶濾波、功率放大后實現(xiàn)2G、3G信號覆蓋。

為了保證單片AD9788實現(xiàn)將MDAS中2G、3G兩種不同制式多載波數字基帶信號轉換成模擬中頻信號，首先要確定各種不同制式信號帶寬。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頻點,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復數數據速率的80%，若取DAC接口數據速率為122.88 MHz，AD9788內部為8×差值，有效數據帶寬為122.88 MHz×80%=98.304 MHz。

由式(1)可知，在聯(lián)通GSM/DCS和WCDMA雙制式系統(tǒng)中，當GSM/DCS、WCDMA分別位于有效數據帶寬兩端時，GSM/DCS、WCDMA信號之間還具有最大48.304 MHz間隔帶寬。

同理，在移動GSM/DCS和TD-SDMA雙制式系統(tǒng)中，式(2)表明GSM/DCS、TDSCDMA信號之間也具有最大48.304 MHz間隔帶寬。可在FPGA內部通過設置DDS頻率控制字使得2G、3G數字零中頻輸出信號在±49.152 MHz范圍內，并保證2G、3G數字中頻信號具有較大的頻率間隔，使得DAC得到的模擬中頻信號能通過帶通濾波器分離出2G、3G信號。

AD9788設置為frefclk=122.88 MHz、fDATACLK=122.88 MHz、8×插值模式、fDACCLK=983.04 MHz、fVCO/fDACCLK=2、fDACCLK/frefclk=8，DAC輸出信號中心頻率設置為fCENTER=122.88 MHz，頻率控制字寄存器的值FTW應設置為：

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前數字中頻和DAC后模擬中頻的頻率范圍。

表1 GSM/DCS和WCDMA雙制式系統(tǒng)發(fā)送端數字中頻和模擬中頻頻率規(guī)劃(MHz)

表2 GSM/DCS和TD-SCDMA雙制式系統(tǒng)發(fā)送端數字中頻和模擬中頻頻率規(guī)劃 (MHz)

3 實驗測試結果

為了驗證以上所提方案，使用Agilent E4438C信號發(fā)生器產生2G、3G多載波信號輸入MDAS系統(tǒng)中，在系統(tǒng)DAC AD9778后端用Agilent 8595E頻譜儀觀測輸入的模擬中頻信號。圖2為GSM/DCS和WCDMA雙制式系統(tǒng)DAC輸出波形，屏幕中心頻點為122.88 MHz，帶寬100 MHz，左半部分顯示的是4載波WCDMA信號，右半部分顯示頻率間隔為2 MHz的8音信號模擬GSM/DCS信號；圖3為GSM/DCS和TD-SCDMA雙制式系統(tǒng)DAC輸出波形，屏幕中心頻點為122.88 MHz，帶寬100 MHz，左半部分顯示的是9載波TD-SCDMA信號，右半部分顯示頻率間隔為1.6 MHz的10音信號模擬GSM/DCS信號。從圖2、圖3可以看出，兩種不同制式信號能夠很好地通過單片DAC AD9778完成數字中頻信號到模擬中頻信號的轉換，并且兩種不同制式信號之間具有較大頻率的保護間隔，能夠通過帶通濾波器分離出不同制式信號。

圖2 GSM/DCS和WCDMA的DAC輸出波形

本文介紹了一種采用單片高速數模轉換器AD9788實現(xiàn)將多業(yè)務數字分布系統(tǒng)中兩種不同制式多載波數字中頻信號轉換成模擬中頻信號的實現(xiàn)方案，并進行了實驗驗證，結果表明該方案具有較強的實用性和參考價值。

圖3 GSM/DCS和TD-SCDMA的DAC輸出波形

[1]梁渭雄.MDAS在移動通信全業(yè)務運營中的應用[J].無線通信，2012(2)：27-29.

[2]Analog Device.AD9785/AD9787/AD9788：dual 12-/14-/16-bit 800 MS/s DAC with Low Power 32-Bit Complex NCO Data Sheet[EB/OL].[2009-02].http：//www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD9785_9787_9788.pdf.

[3]衛(wèi)曉娟，李軍紅.高速數模轉換器AD9779/AD9788的應用[J].微型機與應用，2011，30(24)：79-80.