AD6624工作原理及其在WCDMA中的應(yīng)用研究

1、AD6624工作原理及其在WCDMA中的應(yīng)用研究摘要：介紹了AD公司最新推出的接收信號處理器AD6624的工作原理及其工作參數(shù)的設(shè)置并根據(jù)基站無線發(fā)射與接收的相關(guān)規(guī)程（3GPP25104）的要求，對AD6624在寬帶碼分多址（WCDMA）數(shù)字中頻接收部分的應(yīng)用進(jìn)行了研究。 傳統(tǒng)的擴(kuò)頻系統(tǒng)電路復(fù)雜、一致性差、不易調(diào)整，并且系統(tǒng)的專用性強(qiáng)。將軟件無線電的思想引入現(xiàn)有系統(tǒng)，即將A/D和D/A盡可能靠近天線并在硬件平臺上用軟件完成盡可能多的無線電功能，對減小系統(tǒng)硬件設(shè)計難度和提高系統(tǒng)的靈活性與通用性都是十分必要的。利用軟件無線電結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)頻系統(tǒng)，由于DSP處理速度的限制和數(shù)字濾波等運(yùn)算量的要求，系統(tǒng)

2、通常在中頻部分進(jìn)行數(shù)字化，即所謂數(shù)字中頻。在發(fā)射信道，由軟件定義的數(shù)字調(diào)制波形信號通過寬帶DAC變換成模擬中頻信號，然后將中頻信號變頻成射頻信號進(jìn)行發(fā)射；而在接收信道，通過寬帶ADC采樣中頻轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后進(jìn)行數(shù)字變頻、解調(diào)進(jìn)入基帶處理。不難看出，數(shù)字中頻的核心部分為寬帶AD、DA變換模塊和高速實(shí)時數(shù)字信號處理模塊，基原理框圖如圖1所示。利用AD公司最新推出的接收信號處理器（Receive Signal Processor）AD6624與高性能DSP和A/D構(gòu)成的軟件無線電硬件接收平臺，將在很大程序上滿足數(shù)字中頻信號的處理要求。1 AD6624簡介AD6624的主要特征有以下幾點(diǎn)：80MS

3、PS寬帶輸入（14個線性比特加上3個RSSI），雙路高速數(shù)據(jù)輸入端口，單片集成四個獨(dú)立的數(shù)字接收通道，可編程抽取FIR濾波器和增益控制。AD6624可廣泛應(yīng)用于GSM、IS-136、EDGE、PHS、IS-95系統(tǒng)，微蜂窩和微微蜂窩系統(tǒng)，無線本地環(huán)路，靈敏的天線系統(tǒng)，軟件無線電和室內(nèi)無繩電話等。AD6624的原理框圖如圖2所示。 AD6624內(nèi)部的信號處理包括以下四個部分：頻率變換器、二階的重抽樣級聯(lián)積分梳狀濾波器（rCIC2）、五階的級聯(lián)積分梳狀FIR濾波器（CIC5）以及一個RAM系數(shù)濾波器（RCF）。1.1 頻率變換器頻率變換部分包含兩個乘法器和一個32-bit復(fù)數(shù)數(shù)控振蕩器（NCO）。

4、NCO作為正交本振，可產(chǎn)生fSAMP/2到fSAMP/2 32的振蕩信號，分辨率達(dá)到fSAMP/2 32?？刂谱諲CO_FREQ是一個32-bit無符號整數(shù)，為了將中心頻率為fCH的信號變換到DC，可用下式計算該控制字：NCO_FREQ=2 32mod(fCH/fSAMP) (1)當(dāng)中頻大于取樣速率fSAMP時，模函數(shù)（mod）去掉該數(shù)的整數(shù)部分，使之可以存放在32-bit的NCO頻率寄存器中。若fCH/fSAMP的余數(shù)大于0.5，NCO頻率就會高于奈奎斯特速率，相應(yīng)的信號就會被折回到第一奈奎斯特區(qū)域而成為一負(fù)頻率。為了提高NCO的雜散性能，AD6624提供了相位抖動和幅度抖動選項。1.2 r

5、CIC2抽取濾波器rCIC2是一個二階CIC固定參數(shù)抽取濾波器，作為重采樣濾波器。RCIC2允許主時鐘和輸出速率有非整數(shù)倍關(guān)系。內(nèi)插率和抽取率分別高達(dá)512和4096。RCIC2的重采樣因子L為9bit整數(shù)，抽取因子M為一12bit整數(shù)。速率變化為一分?jǐn)?shù)形式：RrCIC2=L/M （2）對rCIC2的唯一限制，是L/M應(yīng)小于或等于1，即RrCIC21。RCIC2的輸出速率為：FSAMP2=（LrCIC2fSMAP）/MrCIC2 （3）1.3 CIC5抽取濾波器CIC5是一個比rCIC2濾波特性更為陡峭的固定參數(shù)抽取濾波器。其輸入速率為fSAMP2，最大輸入速率由下式限制：FSAMP2fCLK

6、/NCH (4)式中，fCLK為系統(tǒng)時鐘，NCH等于2時為分集信道實(shí)輸入模式，否則NCH等于1。CIC5的輸出速率為：fSAMP5fSAMP2/MCIC5 (5)1.4 RAM系數(shù)濾波器RAM系數(shù)濾波器是乘積求和可編程系數(shù)抽取濾波器，圖3給出了其簡化框圖。數(shù)據(jù)存儲器I-RAM、Q-RAM存儲了256個最新的復(fù)采樣值，其分辨率為20bit。系數(shù)存儲器C-RAM最多可存儲256個系數(shù)，其分辨率為20bit。每一個時鐘用同樣的系數(shù)分別I和Q的一個抽頭進(jìn)行計算。最大抽頭數(shù)NTAPS可按下式計算：NTAPSmin(fCLKMRCF)/fSAMP5,160 (6)式中，抽取因子MRCF的8bit，即可選1

7、256之間的任意整數(shù)。fSAMP5為輸入RCF的數(shù)據(jù)速率。此濾波器的輸出速率為：fSAMPR=fSAMP5/MRCF (7)2 資源需求AD6624具有4個獨(dú)立的數(shù)據(jù)接收信道。由于時鐘CLK的限制，每個信道主要用于窄帶載頻。但通過幾個信道或幾片AD6624并行處理，降低單個信道數(shù)據(jù)速率，提高RCF濾波器的階數(shù)。AD6624在WCDMA上的應(yīng)用是可行的。RCF濾波器的階數(shù)（即抽頭數(shù)）可通過下式計算：NTAPSmin(fCLKMRCF)/fSAMP5,160式中：NTAPSRCF濾波器的階數(shù)（即抽頭數(shù)）fCLK系統(tǒng)時鐘頻率MRCFRCF濾波器抽取因子fSAMP5前端CIC5抽取濾波器的輸出速率根據(jù)

8、3GPP25104的要求，數(shù)據(jù)速率應(yīng)為3.84MSPS。叵系統(tǒng)時鐘fCLK取61.44MHz，CIC5抽取濾波器的輸出速率fSAMP5為3.84MSPS，RCF濾波器抽取因子MRCF為1，根據(jù)（6）式計算可得NTAPS為16。NTAPS仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到WCDMA的要求?，F(xiàn)通過多信道并行處理，重新選取參數(shù)如下：系統(tǒng)時鐘fCLK仍為61.44MHz，抽取因子RrCIC2、MCIC5、MRCF設(shè)置為RrCIC2=2、MCIC5=2、MRCF=8。若取CIC5抽取濾波器的輸出速率fSAMP5為15.36MSPS，RCF濾波器抽取因子MRCF為8，根據(jù)（6）式計算可得NTAPS為32，即可滿足WCDMA的要求。根據(jù)（7）式，信道的輸出速率為1.92MSPS，因為3.84/1.92=2，即需要2個信道并行使用。通過外部配置FPGA進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換、信道求和，恢復(fù)3.84MSPS的數(shù)據(jù)速率可得圖4所示的輸出端口結(jié)構(gòu)。3 FIR濾波器仿真FIR濾波器采用矩形窗函數(shù)設(shè)計法，圖5給出了FI