1、摘要：介紹了全數(shù)字調(diào)制解調(diào)器 STEL-2176的結(jié)構(gòu)、功能及技術(shù)特 點，給出了它在點對多點寬帶無線接入系統(tǒng)中的應(yīng)用實例。在該系統(tǒng)中，使用 STEL-2176作為用戶站的調(diào)制解調(diào)器，采用非對稱傳輸模式，實現(xiàn)了16QAM信號的數(shù)字解調(diào)和QPSK言號的數(shù)字調(diào)制。 關(guān)鍵詞：寬帶無線接入 全數(shù)字調(diào)制解 調(diào)非對稱傳輸1非對稱傳輸寬帶無線接入系統(tǒng)中通常采用點對多點的基站/ 用戶站模式。在大多數(shù)情況下，基站到用戶站的下行數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于用戶站到基 站的上行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采用突發(fā)數(shù)據(jù)包的方式，采 用調(diào)制效率相對低的調(diào)制方式

2、（如QPSK）;下行數(shù)據(jù)采用廣播的方式，采 用調(diào)制效率相對高的調(diào)制方式（如16QAM）。這種非對稱傳輸?shù)膬?yōu)點是： 一方面，可以根據(jù)用戶的實際需求實現(xiàn)動態(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?shù)谋忍財?shù)，從而降低了基站突發(fā)解調(diào)算法 的難度。能滿足以上要求的用于用戶站的調(diào)制解調(diào)器必須具備這樣的性能：既 能解調(diào)高調(diào)制效率（如16QAM ）的寬帶連續(xù)信號，同時又能調(diào)制相對低調(diào) 制效率（如QPSK ）的寬帶突發(fā)信號。開發(fā)STEL-2 176是一個很好 的選擇。2 STEL-2 176簡介STEL-2 176是一款全數(shù)字調(diào)制解 調(diào)芯片，兼容IEEE802.14、MCNS和DAVIC

3、等標(biāo)準(zhǔn)。解調(diào)部 分可直接輸入高達(dá)5 0MHz的中頻模擬信號，信號帶寬可達(dá)8 MHz，可解 調(diào)16/64/2 5 6 QAM的連續(xù)信號；調(diào)制部分可輸出5 MHz6 5M Hz的連續(xù)/突發(fā)信號，調(diào)制方式可以是BPSK/QPSK/16QAM， 速率最高可達(dá)4 0Mbps（16QAM）o3STEL-2176內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.1解調(diào)部分圖1為STEL-2 176解調(diào)部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要由AD C （模數(shù)轉(zhuǎn)換）模塊、DDC（數(shù)字下變頻）/AFC（自動頻率控制）/A GC（自動增益控制）模塊、濾波與時鐘恢復(fù)模塊、自適應(yīng)均衡、FEC（前 向糾錯編碼）模塊和時鐘模塊等組成。ADC模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收輸入S TEL-2

4、176的中心頻率為最高可達(dá)50MHz的中頻模擬信號，經(jīng)過帶 通抽樣后得到中心頻率為6 MHz7MHz的亞中頻數(shù)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(yīng)均衡器反 饋回來的載波誤差信號細(xì)調(diào)載波本振頻率，以得到相關(guān)的載波DDC接收6 MHz7MHz亞中頻數(shù)字信號，通過相關(guān)的載波解調(diào)出I、Q兩路基帶信 號。同時輸出AGC控制信號，用來控制片外的中頻、射頻模擬信號的信號強(qiáng) 度。濾波與時鐘恢復(fù)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(fù) 符號速率，誤差小于10 0PPM。自適應(yīng)均衡自適應(yīng)均衡除了

5、能消除信道 的各種干擾（多徑效應(yīng)、調(diào)幅性干擾、調(diào)頻性干擾、相位噪聲等），還反饋載 波誤差信號，以細(xì)調(diào)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(diào)出的I、Q兩路信號，進(jìn)行星座點映射，恢復(fù)數(shù)據(jù)，再對應(yīng)于調(diào)制端 解出幀結(jié)構(gòu)，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MPEG2結(jié)構(gòu)的信號。時鐘模塊時鐘模塊由采樣鐘和恢復(fù)出的符號鐘產(chǎn)生解調(diào)部分所需的各種時鐘信號。3.2 調(diào)制部分 圖2為STEL-2 176調(diào)制部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要由數(shù)據(jù)接收及信道編碼 模塊、星座點映射模塊、FIR濾波器及內(nèi)插濾波器、調(diào)制模塊、DAC（數(shù) 模轉(zhuǎn)換）模塊、時鐘模塊等組成。

6、數(shù)據(jù)接收及信道編碼模塊接收串行輸入的 原始數(shù)據(jù)，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。星座點映射模塊將串行比特流映射到指定星座圖的星座點上，分I、Q 兩路輸出。FIR濾波器及內(nèi)插濾波器I、Q兩路信號分別通過成形濾波器（3 2級的FIR濾波器）濾波后，輸出到內(nèi)插濾波器。內(nèi)插濾波器大大提高 了信號的采樣頻率，以滿足大于2倍的載波信號的要求，與正交調(diào)制所需的速 率相匹配。調(diào)制模塊調(diào)制模塊由DDS（直接數(shù)字合成器）和乘法器構(gòu)成的 正交調(diào)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(shù)模轉(zhuǎn)換模塊最后將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為中頻模擬調(diào)制信號輸 出，這時的信

7、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。時鐘模塊時鐘模塊與外部時鐘同步并產(chǎn)生調(diào)制部分所需的各種時鐘信 號。3.3監(jiān)控部分通過STEL 2176的監(jiān)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(jiān)控通過訪問其內(nèi)部 寄存器實現(xiàn)。4 STEL-2 176技術(shù)特點STEL-2 176運用了全數(shù) 字調(diào)制解調(diào)技術(shù)，與傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器相比，在系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性以及傳輸 速率、載波速率和調(diào)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-2 176使用0 .35 ym線寬的CMOS芯片技術(shù)，集 成度高，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；工作電壓

8、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）O4.2 寬帶ADC/DAC這是全數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)的標(biāo)志性技 術(shù)，盡可能在信號通道的前端將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以充分發(fā)揮數(shù)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(dá)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(shù) 字調(diào)制解調(diào)器一般使用DDS技術(shù)和多速率信號處理算法，使系統(tǒng)在單一的參 考時鐘下，可以得到幾乎連續(xù)的各種頻率的時鐘信號。因為參考源相同，這些 時鐘都是頻率

9、相關(guān)的。利用這些時鐘信號，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(shù)字基帶處理時，運用抽取和內(nèi)插等多速率 信號處理算法實現(xiàn)了信號速率在不同數(shù)字處理器間的匹配。這樣可以實現(xiàn)傳輸 信號的多速率和調(diào)制信號的多模式。在STEL-2 176的應(yīng)用中充分體現(xiàn)出這種靈活性的優(yōu)勢。4.4 數(shù)字解調(diào)算法對一個通信系統(tǒng)的接收部分而言， 最重要的就是同步，因此載波和定時的恢復(fù)是必要的。數(shù)字解調(diào)算法的核心就 是載波和定時的恢復(fù)，這也是全數(shù)字調(diào)制解調(diào)器設(shè)計的關(guān)鍵問題。STEL- 2 17 6先恢復(fù)定時，在定時的基礎(chǔ)上，用完全的反饋結(jié)構(gòu)進(jìn)行載波恢復(fù)：先 利用NDA（非數(shù)據(jù)輔助）算法對較大的頻差做粗略

10、估計，估計的誤差饋入A FC（自動頻率控制）使本振跟蹤較大的頻差，然后利用DD（數(shù)據(jù)導(dǎo)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(diào)信號載波殘 留相差。STEL 2 176數(shù)字解調(diào)算法的特點是不需要一段已知的信息碼 元一一前導(dǎo)碼，但運算量大，恢復(fù)同步的時間較長，只能用于連續(xù)解調(diào)器。5 STEL-2 176在寬帶無線接入系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例圖3示出了點對多點寬 帶無線接入系統(tǒng)中用戶站調(diào)制解調(diào)器的原理框圖。微處理器AT89C51完 成對系統(tǒng)的監(jiān)控以及配置工作，包括對STEL-2 176的工作參數(shù)的配置 和FPGA初始參數(shù)的裝載。FPGA完成與MAC層的交互。接收端STE L-217

11、6設(shè)置為輸入44MHz的中頻模擬信號，信息速率為9 .92M Hz，解調(diào)方式為16QAM。中頻信號經(jīng)過帶通濾波器、AGC之后輸入S TEL-2 176，STEL-2 176輸出的數(shù)據(jù)、解調(diào)時鐘輸入FPGA 進(jìn)行基帶處理。發(fā)射端STEL-2 176設(shè)置為輸出4 4MHz的中頻模擬 信號，信息速率為5.12MHz，調(diào)制方式為突發(fā)的QPSKoFPGA進(jìn) 行基帶處理，產(chǎn)生突發(fā)數(shù)據(jù)包，輸出到STEL-2 176，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(shè)備。系統(tǒng)另外采用STEL1 10 9作為基站下行調(diào)制器，完成16 QAM的連續(xù)調(diào)制；采用STEL92 5 7作為基站上行解調(diào)器，完成QP SK