AD9857在DVB-T調(diào)制器系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　歐洲提出的數(shù)字視頻地面廣播(DVB-T)采用編碼正交頻分復(fù)用COFDM(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ,即：DVB-T COFDM。COFDM系統(tǒng)可以有效提高頻譜利用率，在時(shí)間擴(kuò)散環(huán)境中盡可能抑制因多徑傳輸而產(chǎn)生的符號間干擾和碼間干擾。選擇DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的國家除英國、法國、西班牙、瑞典等歐洲國家外，還有澳大利亞、新西蘭、新加坡、印度等國家和地區(qū)。

　　本文基于DVB-T標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)COFDM調(diào)制器。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)簡單，工作穩(wěn)定，輸出信號的信噪比可以達(dá)到55dB以上，能夠以較低的復(fù)雜度得到較高的系統(tǒng)性能。

　　1 DVB-T調(diào)制器的系統(tǒng)方案

　　DVB-T調(diào)制器中COFDM調(diào)制系統(tǒng)是調(diào)制器中的主要部分，也是抗多徑的OFDM技術(shù)在寬帶無線通信中一個(gè)很好的利用。調(diào)制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　從圖中可以看出，發(fā)射端首先由信源去復(fù)用電路將輸入的TS碼流分解成兩個(gè)獨(dú)立的連續(xù)數(shù)據(jù)流，每188字節(jié)為一個(gè)傳輸包;然后對每一路數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾、RS編碼、外交織、卷積編碼，在去復(fù)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(fù)用），再經(jīng)比特交織器和符號交織器完成整個(gè)信道編碼。編碼后數(shù)據(jù)經(jīng)過映射調(diào)制到對應(yīng)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(dǎo)頻載波（pilot）和TPS信道傳輸參數(shù)信令載波按照幀結(jié)構(gòu)的要求組合在一起，形成完整的OFDM符號和幀。根據(jù)OFDM調(diào)制原理，將各個(gè)載波經(jīng)過IFFT變換得到時(shí)域的數(shù)據(jù)流。之后，在每個(gè)OFDM符號前插入保護(hù)間隔，再經(jīng)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(gè)COFDM調(diào)制器主要由TS碼流接入、信道編碼調(diào)制和D/A上變頻這三個(gè)模塊組成。因此，D/A上變頻的好壞，直接影響調(diào)制器的性能。

　　2 D/A上變頻的原理

　　一般調(diào)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(shí)現(xiàn)電路，它的原理就是利用壓控振蕩器的振蕩頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。首先，輸入信號經(jīng)過VCO與本振信號混頻后得到和頻與差頻信號；這些信號經(jīng)過高通濾波器以后，濾除掉低頻分量，高頻分量就可以經(jīng)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(shí)現(xiàn)方法的穩(wěn)定性和可靠性都較差。

　　隨著高速器件和軟件無線電技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字上變頻技術(shù)逐漸突破了模擬上變頻的不足，具有調(diào)制中心頻率可調(diào)、頻偏可編程、調(diào)制方式可重組、調(diào)制碼速率高、可實(shí)現(xiàn)較高的頻響、可以與編碼器合并擴(kuò)展功能很強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為今后調(diào)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(gè)芯片都是由AD公司生產(chǎn)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(diǎn)，使用這兩個(gè)芯片可以很容易實(shí)現(xiàn)信號的數(shù)字正交調(diào)制。AD9857與AD9856相比，還有如下的不同點(diǎn)：

　?。?）AD9857集成的是一個(gè)14bit的D/A轉(zhuǎn)換器，而AD9856集成的則是一個(gè)12bit的D/A轉(zhuǎn)換器，這樣在數(shù)據(jù)的精度上，AD9857比AD9856高了大約6dB。

　?。?）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(gè)電壓轉(zhuǎn)換芯片來進(jìn)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(gè)電源。

　?。?）由于AD9857配置完成以后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)PDCLK信號，而AD9856并不能返回這樣一個(gè)信號，因此送入AD9857調(diào)制的I/Q兩路信號的平衡性比AD9856要好，這樣可以防止在進(jìn)行OFDM調(diào)制時(shí)出現(xiàn)載波丟失現(xiàn)象。

　?。?）AD9857還具有輸出電平控制功能，可以根據(jù)接收機(jī)的需要，動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)輸出信號的電平。

　　鑒于AD9857的優(yōu)點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)方法。

　　3 AD9857工作原理

　　AD9857主要有三種工作模式：正交調(diào)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(shí)現(xiàn)的,在本系統(tǒng)中使用的是正交調(diào)制模式。

　　在正交調(diào)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(shí)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(shí)鐘頻率應(yīng)該是單獨(dú)的I 路或Q路數(shù)據(jù)速率的2倍，I/Q數(shù)據(jù)分時(shí)送入片內(nèi)的DEMUX解復(fù)用為并行的I/Q兩路數(shù)據(jù)，它們將依次經(jīng)過兩個(gè)插值濾波器。經(jīng)濾波后， I/Q 數(shù)據(jù)分別與兩個(gè)正交的余弦函數(shù)相乘后再相加（或相減）為一路信號。因?yàn)镈AC 使用零階保持采樣， 所以信號在進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換前需要經(jīng)過一個(gè)反SINC補(bǔ)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(jìn)行數(shù)模變換產(chǎn)生兩路差分的模擬信號輸出。

　　AD9857內(nèi)部集成了一個(gè)數(shù)字直接頻率合成器（DDS）用來產(chǎn)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(jìn)行配置。AD9857內(nèi)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(shí)地改變。通常,要使一個(gè)高質(zhì)量的振蕩器具有100M～200MHz 的頻率動(dòng)態(tài)范圍是非常困難的, 而AD9857 則允許使用一個(gè)較低頻率的振蕩器, 它可以將其內(nèi)部的參考時(shí)鐘通過倍頻來產(chǎn)生SYSCLK,通過公式fout=(FTWORD×SYSCLK)/232就可以把基帶信號調(diào)制成任意頻率的中頻信號。