全數字調制解調器STEL-2176在非對稱(chēng)傳輸系統中的應用

摘要：介紹了全數字調制解調器STEL-2176的結構、功能及技術(shù)特點(diǎn)，給出了它在點(diǎn)對多點(diǎn)寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統中的應用實(shí)例。在該系統中，使用STEL-2176作為用戶(hù)站的調制解調器，采用非對稱(chēng)傳輸模式，實(shí)現了16QAM信號的數字解調和QPSK信號的數字調制。

關(guān)鍵詞：寬帶無(wú)線(xiàn)接入 全數字調制解調 非對稱(chēng)傳輸

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201710/368674.htm

１ 非對稱(chēng)傳輸

寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統中通常采用點(diǎn)對多點(diǎn)的基站／用戶(hù)站模式。在大多數情況下，基站到用戶(hù)站的下行數據量遠大于用戶(hù)站到基站的上行數據量，如果上下行占用同樣的資源，勢必造成浪費。

在ＴＤＭＡ／ＦＤＤ方式中，一種可行的傳輸模式是：上行數據采用突發(fā)數據包的方式，采用調制效率相對低的調制方式（如ＱＰＳＫ）；下行數據采用廣播的方式，采用調制效率相對高的調制方式（如１６ＱＡＭ）。這種非對稱(chēng)傳輸的優(yōu)點(diǎn)是：一方面，可以根據用戶(hù)的實(shí)際需求實(shí)現動(dòng)態(tài)分配帶寬以提高頻譜利用效率；另一方面，減少了上行信號每符號傳輸的比特數，從而降低了基站突發(fā)解調算法的難度。

能滿(mǎn)足以上要求的用于用戶(hù)站的調制解調器必須具備這樣的性能：既能解調高調制效率（如１６ＱＡＭ）的寬帶連續信號，同時(shí)又能調制相對低調制效率（如ＱＰＳＫ）的寬帶突發(fā)信號。開(kāi)發(fā)ＳＴＥＬ－２１７６是一個(gè)很好的選擇。

２ ＳＴＥＬ－２１７６簡(jiǎn)介

ＳＴＥＬ－２１７６是一款全數字調制解調芯片，兼容ＩＥＥＥ８０２．１４、ＭＣＮＳ和ＤＡＶＩＣ等標準。解調部分可直接輸入高達５０ＭＨｚ的中頻模擬信號，信號帶寬可達８ＭＨｚ，可解調１６／６４／２５６ ＱＡＭ的連續信號；調制部分可輸出５ＭＨｚ～６５ＭＨｚ的連續／突發(fā)信號，調制方式可以是ＢＰＳＫ／ＱＰＳＫ／１６ＱＡＭ，速率最高可達４０Ｍｂｐｓ（１６ＱＡＭ）。

３ ＳＴＥＬ－２１７６內部結構

３．１解調部分

圖１為ＳＴＥＬ－２１７６解調部分的內部結構，主要由ＡＤＣ（模數轉換）模塊、ＤＤＣ（數字下變頻）／ＡＦＣ（自動(dòng)頻率控制）／ＡＧＣ（自動(dòng)增益控制）模塊、濾波與時(shí)鐘恢復模塊、自適應均衡、ＦＥＣ（前向糾錯編碼）模塊和時(shí)鐘模塊等組成。

·ＡＤＣ模塊

模數轉換模塊接收輸入ＳＴＥＬ－２１７６的中心頻率為最高可達５０ＭＨｚ的中頻模擬信號，經(jīng)過(guò)帶通抽樣后得到中心頻率為６ＭＨｚ～７ＭＨｚ的亞中頻數字信號。

·ＤＤＣ／ＡＦＣ／ＡＧＣ模塊

ＡＦＣ對信號載波進(jìn)行粗估，再由后端的自適應均衡器反饋回來(lái)的載波誤差信號細調載波本振頻率，以得到相關(guān)的載波。ＤＤＣ接收６ＭＨｚ～７ＭＨｚ亞中頻數字信號，通過(guò)相關(guān)的載波解調出Ｉ、Ｑ兩路基帶信號。同時(shí)輸出ＡＧＣ控制信號，用來(lái)控制片外的中頻、射頻模擬信號的信號強度。

·濾波與時(shí)鐘恢復模塊

Ｉ、Ｑ兩路基帶信號經(jīng)ａｌｐｈａ＝０．１２～０．２０的ＳＲＲＣ（均方根升余弦）濾波器消除碼間干擾，再從信號中恢復符號速率，誤差小于１００ＰＰＭ。

·自適應均衡

自適應均衡除了能消除信道的各種干擾（多徑效應、調幅性干擾、調頻性干擾、相位噪聲等），還反饋載波誤差信號，以細調載波的相差和小的頻差。

·ＦＥＣ模塊

前向糾錯編碼模塊接收解調出的Ｉ、Ｑ兩路信號，進(jìn)行星座點(diǎn)映射，恢復數據，再對應于調制端解出幀結構，依次進(jìn)行解交織、信道解碼（ＲＳ碼）、解擾，以串行或并行方式輸出原始信號，可以輸出ＭＰＥＧ－２結構的信號。

·時(shí)鐘模塊

時(shí)鐘模塊由采樣鐘和恢復出的符號鐘產(chǎn)生解調部分所需的各種時(shí)鐘信號。

３．２ 調制部分

圖２為ＳＴＥＬ－２１７６調制部分的內部結構，主要由數據接收及信道編碼模塊、星座點(diǎn)映射模塊、ＦＩＲ濾波器及內插濾波器、調制模塊、ＤＡＣ（數模轉換）模塊、時(shí)鐘模塊等組成。

·數據接收及信道編碼模塊

接收串行輸入的原始數據，進(jìn)行信道編碼（ＲＳ碼），包括交織和加擾，這些處理都是可選的。

·星座點(diǎn)映射模塊

將串行比特流映射到指定星座圖的星座點(diǎn)上，分Ｉ、Ｑ兩路輸出。

·ＦＩＲ濾波器及內插濾波器

Ｉ、Ｑ兩路信號分別通過(guò)成形濾波器（３２級的ＦＩＲ濾波器）濾波后，輸出到內插濾波器。內插濾波器大大提高了信號的采樣頻率，以滿(mǎn)足大于２倍的載波信號的要求，與正交調制所需的速率相匹配。

·調制模塊

調制模塊由ＤＤＳ（直接數字合成器）和乘法器構成的正交調制器。Ｉ、Ｑ兩路信號分別與ＤＤＳ產(chǎn)生的ＳＩＮ和ＣＯＳ載波信號相乘，合成后輸出。

·數模轉換模塊

最后將數字信號轉換為中頻模擬調制信號輸出，這時(shí)的信號帶有相對于主鐘頻率的鏡像信號，即輸出的模擬信號需要片外濾波。

·時(shí)鐘模塊

時(shí)鐘模塊與外部時(shí)鐘同步并產(chǎn)生調制部分所需的各種時(shí)鐘信號。

３．３ 監控部分

通過(guò)ＳＴＥＬ＿２１７６的監控模塊串行或并行地接收外部的配置命令，發(fā)送狀態(tài)信息。對ＳＴＥＬ＿２１７６的監控通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)其內部寄存器實(shí)現。

４ ＳＴＥＬ－２１７６技術(shù)特點(diǎn)

ＳＴＥＬ－２１７６運用了全數字調制解調技術(shù)，與傳統的調制解調器相比，在系統穩定性、可靠性以及傳輸速率、載波速率和調制模式的靈活性上占有優(yōu)勢。

４．１ 高集成度、低功耗的芯片技術(shù)

ＳＴＥＬ－２１７６使用０．３５μｍ線(xiàn)寬的ＣＭＯＳ芯片技術(shù)，集成度高，提高了系統的穩定性和可靠性；工作電壓為較低的＋３．３Ｖ，大大降低了芯片功耗，而在接口處靈活地提供了可選的Ｉ／Ｏ電壓（＋５Ｖ／＋３．３Ｖ）。

４．２ 寬帶ＡＤＣ／ＤＡＣ

這是全數字調制解調技術(shù)的標志性技術(shù)，盡可能在信號通道的前端將模擬信號轉換為數字信號，以充分發(fā)揮數字信號處理技術(shù)的作用。

ＳＴＥＬ－２１７６采用了１０ｂｉｔ的ＡＤＣ和ＤＡＣ，能處理近１０ ＭＨｚ帶寬的模擬信號。因為采用帶通采樣技術(shù)，模擬信號中心頻率可達幾十兆赫。

４．３ 使用了ＤＤＳ技術(shù)和多速率信號處理算法

全數字調制解調器一般使用ＤＤＳ技術(shù)和多速率信號處理算法，使系統在單一的參考時(shí)鐘下，可以得到幾乎連續的各種頻率的時(shí)鐘信號。因為參考源相同，這些時(shí)鐘都是頻率相關(guān)的。利用這些時(shí)鐘信號，可以得到不同的載波頻率、比特速率和控制信號。另外，傳輸信號在數字基帶處理時(shí)，運用抽取和內插等多速率信號處理算法實(shí)現了信號速率在不同數字處理器間的匹配。這樣可以實(shí)現傳輸信號的多速率和調制信號的多模式。

在ＳＴＥＬ－２１７６的應用中充分體現出這種靈活性的優(yōu)勢。

４．４ 數字解調算法

對一個(gè)通信系統的接收部分而言，最重要的就是同步，因此載波和定時(shí)的恢復是必要的。數字解調算法的核心就是載波和定時(shí)的恢復，這也是全數字調制解調器設計的關(guān)鍵問(wèn)題。

ＳＴＥＬ－２１７６先恢復定時(shí)，在定時(shí)的基礎上，用完全的反饋結構進(jìn)行載波恢復：先利用ＮＤＡ（非數據輔助）算法對較大的頻差做粗略估計，估計的誤差饋入ＡＦＣ（自動(dòng)頻率控制）使本振跟蹤較大的頻差，然后利用ＤＤ（數據導向）算法估計相差及小頻差，饋入ＰＬＬ（鎖相環(huán)）控制本振，跟蹤已調信號載波殘留相差。

ＳＴＥＬ－２１７６數字解調算法的特點(diǎn)是不需要一段已知的信息碼元——前導碼，但運算量大，恢復同步的時(shí)間較長(cháng)，只能用于連續解調器。

５ ＳＴＥＬ－２１７６在寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統中的應用舉例

圖３示出了點(diǎn)對多點(diǎn)寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統中用戶(hù)站調制解調器的原理框圖。微處理器ＡＴ８９Ｃ５１完成對系統的監控以及配置工作，包括對ＳＴＥＬ－２１７６的工作參數的配置和ＦＰＧＡ初始參數的裝載。ＦＰＧＡ完成與ＭＡＣ層的交互。

接收端ＳＴＥＬ－２１７６設置為輸入４４ＭＨｚ的中頻模擬信號，信息速率為９．９２ＭＨｚ，解調方式為１６ＱＡＭ。中頻信號經(jīng)過(guò)帶通濾波器、ＡＧＣ之后輸入ＳＴＥＬ－２１７６，ＳＴＥＬ－２１７６輸出的數據、解調時(shí)鐘輸入ＦＰＧＡ進(jìn)行基帶處理。

發(fā)射端ＳＴＥＬ－２１７６設置為輸出４４ＭＨｚ的中頻模擬信號，信息速率為５．１２ＭＨｚ，調制方式為突發(fā)的ＱＰＳＫ。ＦＰＧＡ進(jìn)行基帶處理，產(chǎn)生突發(fā)數據包，輸出到ＳＴＥＬ－２１７６，并控制ＳＴＥＬ－２１７６輸出信號，中頻模擬信號再經(jīng)濾波放大后輸出到ＯＤＵ（室外單元）設備。

系統另外采用ＳＴＥＬ－１１０９作為基站下行調制器，完成１６ＱＡＭ的連續調制；采用ＳＴＥＬ－９２５７作為基站上行解調器，完成ＱＰＳＫ的突發(fā)解調，形成一套完整的非對稱(chēng)傳輸的點(diǎn)對多點(diǎn)寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統，已證明系統方案可行。

系統應用ＳＴＥＬ－２１７６以及ＦＰＧＡ等一系列器件，大大簡(jiǎn)化了系統硬件，提高了系統的可靠性和穩定性。另外，由于ＳＴＥＬ－２１７６的頻譜利用效率較高，配置靈活，在點(diǎn)對多點(diǎn)的寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統中使用ＳＴＥＬ－２１７６作為用戶(hù)站的調制解調器顯得十分方便、有效。