AD9857在DVB-T調制器系統(tǒng)中的應用

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本文基于DVB-T標準設計并實現(xiàn)了一個COFDM調制器。設計中，使用了Altera公司的Stratix系列EP1S25F672C7的FPGA和Analog Devices公司的數(shù)字正交上變頻器AD9857。本系統(tǒng)設計簡單，工作穩(wěn)定，輸出信號的信噪比可以達到55dB以上，能夠以較低的復雜度得到較高的系統(tǒng)性能。
　　
1 DVB-T調制器的系統(tǒng)方案
　　
??????? DVB-T調制器中COFDM調制系統(tǒng)是調制器中的主要部分，也是抗多徑的OFDM技術在寬帶無線通信中一個很好的利用。調制系統(tǒng)框圖如圖1所示。
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??????? 從圖中可以看出，發(fā)射端首先由信源去復用電路將輸入的TS碼流分解成兩個獨立的連續(xù)數(shù)據(jù)流，每188字節(jié)為一個傳輸包;然后對每一路數(shù)據(jù)進行加擾、RS編碼、外交織、卷積編碼，在去復用電路中將兩路合二為一（一般分層模式下用到兩路流，其它模式只對一路去復用），再經比特交織器和符號交織器完成整個信道編碼。編碼后數(shù)據(jù)經過映射調制到對應的星座圖上成為數(shù)據(jù)載波。OFDM幀形成部分將數(shù)據(jù)載波、導頻載波（pilot）和TPS信道傳輸參數(shù)信令載波按照幀結構的要求組合在一起，形成完整的OFDM符號和幀。根據(jù)OFDM調制原理，將各個載波經過IFFT變換得到時域的數(shù)據(jù)流。之后，在每個OFDM符號前插入保護間隔，再經過D/A上變頻最終形成中頻信號發(fā)射到信道中去。
　　
??????? 可見，一個COFDM調制器主要由TS碼流接入、信道編碼調制和D/A上變頻這三個模塊組成。因此，D/A上變頻的好壞，直接影響調制器的性能。
　　
2 D/A上變頻的原理
　　
??????? 一般調制器的上變頻可以采用模擬方式和數(shù)字方式兩種方案，圖2為一簡單模擬上變頻的實現(xiàn)電路，它的原理就是利用壓控振蕩器的振蕩頻率來實現(xiàn)調頻。首先，輸入信號經過VCO與本振信號混頻后得到和頻與差頻信號；這些信號經過高通濾波器以后，濾除掉低頻分量，高頻分量就可以經過放大器傳輸?shù)叫诺乐腥?。由于模擬電路的一些固有缺陷，例如抗干擾能力較差，精度較低等，所以這種上變頻實現(xiàn)方法的穩(wěn)定性和可靠性都較差。
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??????? 隨著高速器件和軟件無線電技術的發(fā)展，數(shù)字上變頻技術逐漸突破了模擬上變頻的不足，具有調制中心頻率可調、頻偏可編程、調制方式可重組、調制碼速率高、可實現(xiàn)較高的頻響、可以與編碼器合并擴展功能很強等優(yōu)點，成為今后調制器的發(fā)展主流。
　　
??????? 目前常用的數(shù)字上變頻芯片是AD9856和AD9857，這兩個芯片都是由AD公司生產的通用、高性能的數(shù)字上變頻器件,具有集成度高、性能好、功耗低等特點，使用這兩個芯片可以很容易實現(xiàn)信號的數(shù)字正交調制。AD9857與AD9856相比，還有如下的不同點：
　　
??????? （1）AD9857集成的是一個14bit的D/A轉換器，而AD9856集成的則是一個12bit的D/A轉換器，這樣在數(shù)據(jù)的精度上，AD9857比AD9856高了大約6dB。
　　
??????? （2）AD9856需要3V電壓供電，而一般的微控制器的工作電壓是3.3V或5V，這樣就需要一個電壓轉換芯片來進行電平適配。AD9857的工作電壓是3.3V，可以與其他芯片共用一個電源。
　　
??????? （3）由于AD9857配置完成以后會產生一個PDCLK信號，而AD9856并不能返回這樣一個信號，因此送入AD9857調制的I/Q兩路信號的平衡性比AD9856要好，這樣可以防止在進行OFDM調制時出現(xiàn)載波丟失現(xiàn)象。
　　
??????? （4）AD9857還具有輸出電平控制功能，可以根據(jù)接收機的需要，動態(tài)的調節(jié)輸出信號的電平。
　　
??????? 鑒于AD9857的優(yōu)點，以及DVB-T系統(tǒng)的具體需要，本文討論了一種基于AD9857的數(shù)字上變頻的實現(xiàn)方法。
　　
3 AD9857工作原理
　　
??????? AD9857主要有三種工作模式：正交調制模式、單頻輸出模式和插值DAC模式。三種工作模式的選擇是通過對控制寄存器的編程來實現(xiàn)的,在本系統(tǒng)中使用的是正交調制模式。
　　
??????? 在正交調制模式下，AD9857通過管腳PDCLK/FUD對數(shù)據(jù)輸入端提供一路同步時鐘，用于同步I/Q兩路數(shù)據(jù)的輸入。I/Q兩路數(shù)據(jù)共用14bit 的數(shù)據(jù)線，所以PDCLK 的時鐘頻率應該是單獨的I 路或Q路數(shù)據(jù)速率的2倍，I/Q數(shù)據(jù)分時送入片內的DEMUX解復用為并行的I/Q兩路數(shù)據(jù)，它們將依次經過兩個插值濾波器。經濾波后， I/Q 數(shù)據(jù)分別與兩個正交的余弦函數(shù)相乘后再相加（或相減）為一路信號。因為DAC 使用零階保持采樣， 所以信號在進行D/A轉換前需要經過一個反SINC補償?shù)哪K，以上過程均發(fā)生在數(shù)字域，最后數(shù)字中頻信號送入DAC進行數(shù)模變換產生兩路差分的模擬信號輸出。
　　
??????? AD9857內部集成了一個數(shù)字直接頻率合成器（DDS）用來產生數(shù)字的正、余弦波作為載波。DDS的32位頻率控制字（FTWORD）通過同步串行口進行配置。AD9857內部共有4組寄存器，每一組都可存儲32位頻率字，這種特性允許輸出載波頻率根據(jù)需要靈活及時地改變。通常,要使一個高質量的振蕩器具有100M～200MHz 的頻率動態(tài)范圍是非常困難的, 而AD9857 則允許使用一個較低頻率的振蕩器, 它可以將其內部的參考時鐘通過倍頻來產生SYSCLK,通過公式fout=(FTWORD×SYSCLK)/232就可以把基帶信號調制成任意頻率的中頻信號。