基于軟件無線電的自適應(yīng)控制模塊的數(shù)字接收模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

自適應(yīng)前饋功率放大器的原理如圖1所示，信號的數(shù)字接收模塊需要完成vm, ve1, ve2和Ve四路信號的接收;DSP處理模塊分別對vm, ve1和ve2, ve進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到結(jié)果經(jīng)過D/A變換后，分別對矢量調(diào)制器VM1和VM2進(jìn)行自適應(yīng)控制。基于軟件無線電的自適應(yīng)控制模塊中多路信號數(shù)字接收處理框圖如圖2所示。

WCDMA系統(tǒng)工作頻段為2110MHz~2170MHz，單載波的WCDMA信號帶寬為5MHz，碼片速率為3.84Mc/s.與本文所討論內(nèi)容相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)為:諧波幅度低于-40dBc;鄰信道功率比((ACPR)優(yōu)于-45dBc(第一鄰信道)、優(yōu)于-50dBc(第二鄰信道)。要達(dá)到上述指標(biāo)，需要對A/D采樣和DDC電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1高速A/D采樣

1.1采樣率fs與位數(shù)N的選擇

要達(dá)到上述的諧波幅度和ACPR的指標(biāo)，A/D采樣所帶來的噪聲功率要低于技術(shù)指標(biāo)。對于一個(gè)N位的ADC，信噪比SNR可近似由公式(1)給出:

SNR=6.02N+1.76+101g(fs/2B)????? (1)

系統(tǒng)處理單載波WCDMA信號為5MHz的帶寬，可以選擇10~14bit,采樣率高達(dá)80MHz的ADC。選擇fs= 76.8MHz=3.84Mc/sx20，其中，3.84Mc/s是3GPP中規(guī)定的碼片速率。由公式(1)可得，SNR為73.82 dB~97.90dB ,即使考慮實(shí)際中溫度等影響，也能滿足上述指標(biāo)。

1.2中心頻率fe的選擇

中頻采樣由高速ADC完成，由于對信號在中頻進(jìn)行數(shù)字化，因此選用帶通欠采樣，用相對較低的采樣速率反映信號特性，不僅可以大大降低采樣速率，同時(shí)還可以完成頻譜下搬移的過程。
帶通采樣中心頻率fe的選擇必須滿足:

fe?=fs(2n+1)/4??????????????? (2)

其中，n取滿足fs≥2B(B為頻帶帶寬)的正偶數(shù)(若n為奇數(shù)，會出現(xiàn)頻譜反褶)。
因?yàn)檫x用fs=76.8MHz，所以由公式(2)可得，取n=2時(shí)，中心頻率f0為96MHz。根據(jù)帶通采樣原理分析可得，對中心頻率f0為96MHz，帶寬B為5MHz的單載波WCDMA信號進(jìn)行fs為76.8MHz的采樣，頻譜分布如圖3所示。

由圖3可知，帶通采樣后，中心頻率為19.2MHz的信號與中心頻率為96MHz的信號是等效的，因此，后續(xù)的DDC電路只需對中心頻率為19.2MHz的帶通信號進(jìn)行處理即可。

值得注意的是，將信號帶寬為5MHz的射頻信號模擬下變頻至中心頻率96MHz，需經(jīng)過抗混疊濾波器，濾除干擾后，再進(jìn)行高速A/D采樣，以防止帶通采樣帶來的頻譜混疊。

2.數(shù)字下變頻(DDC)

經(jīng)高速ADC采樣后的信號，以現(xiàn)有的芯片工藝水平，還無法及時(shí)進(jìn)行運(yùn)算處理，所以需要經(jīng)過數(shù)字下變頻(DDC)進(jìn)行降速處理。

數(shù)字下變頻由數(shù)字混頻器、數(shù)字控制振蕩器(NCO)和抽取濾波部分組成。NCO產(chǎn)生的正交本振信號輸入到數(shù)字混頻器，與輸入信號進(jìn)行混頻，經(jīng)混頻后的信號輸出到抽取濾波器以濾除倍頻分量和帶外信號，并進(jìn)行抽取處理。

2.1數(shù)字控制振蕩器(NCO)

數(shù)字控制振蕩器在DDC中相對比較復(fù)雜，也是決定其性能的主要因素之一。NCO的目標(biāo)是產(chǎn)生一個(gè)理想的正弦波或余弦波，也就是產(chǎn)生一個(gè)頻率可變的正弦波樣本:

S(n)=cos[2n∏(fLo/fs)]?? (n=0,1,2……)(3)

其中，fLo為本振頻率，fs為DDC輸入信號的采樣率。
如圖4所示,NCO產(chǎn)生的正弦波樣本與信號樣本相乘，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻功能，將數(shù)字中頻信號下變頻到零中頻。

AD6634的NCO結(jié)構(gòu)中的頻率變換部分包含兩個(gè)乘法器和一個(gè)32 bit復(fù)數(shù)數(shù)字控制振蕩器(NCO)。NCO作為正交本振，可產(chǎn)生fs/2至fs/232的振蕩信號，分辨率達(dá)fs/232。

控制字NCO_ FREQ是一個(gè)32 bit無符號整數(shù)，為了將中心頻率為f0的信號數(shù)字下變頻到DC，該控制字NCO_RFEQ=232*mod(f0/fs)，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由帶通采樣的結(jié)論可知，選擇f0=19.2MHz，fs=76.8MHz，所以得出NCO_FREQ=Ox40000000。

2.2積分梳狀濾波器(CIC)及系數(shù)可編程濾波器(RCF)的設(shè)置

數(shù)字混頻后的信號具有較高的數(shù)據(jù)速率，需要進(jìn)行降速抽取處理，若要實(shí)現(xiàn)無失真的抽取，必須設(shè)計(jì)高效的抽取濾波器以防止頻率混疊。由各濾波器特性及本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的抽取率D=76.8MS/s/7.68MS/s=10,采用rCIC2,CIC5和RCF三級級聯(lián)抽取，實(shí)現(xiàn)總抽取因子D=10的降速處理。

第一級rCIC2是一個(gè)二階CIC抽取濾波器，作為重采樣濾波器，rCIC2允許主時(shí)鐘和輸出速率有非整數(shù)倍關(guān)系。速率變化為分?jǐn)?shù)形式:RrCIC2=L/M,對:rCIC2,L/M應(yīng)小于或等于1,即RrCIC2≤1。可選取抽取因子M=5，插人因子L=2，因此，第一級總的抽取因子D1=5/2。

第二級CIC5是一個(gè)比rCIC2濾波特性更為陡峭的抽取濾波器，選取抽取因子D2=2。

RCF濾波器是乘積求和可編程系數(shù)抽取濾波器，數(shù)據(jù)存儲器I-RAM、Q-RAM存儲256個(gè)最新的分辨率為20bit的復(fù)采樣值。系數(shù)存儲器C-RAM最多可以存儲256個(gè)分辨率為20bit的系數(shù)。每一個(gè)時(shí)鐘用同樣的系數(shù)分別對I和Q的一個(gè)抽頭進(jìn)行計(jì)算。最大的抽頭數(shù)NTAPS可按下式計(jì)算:

NTAPS≤min[(fCLKxD3/fSAMP5),160]????? (4)

式中，fSAMP5為輸入RCF的數(shù)據(jù)速率，抽取因子D3為8bit，可選1~256之問的任意整數(shù)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇D3=2。
上述級聯(lián)濾波器的幅度響應(yīng)如圖5所示，總的阻帶衰減為60dB左右，能夠滿足系統(tǒng)要求。