多功能調(diào)制芯片Stel-1109的原理及應(yīng)用

1、歡迎訪問Freekaoyan論文站多功能調(diào)制芯片Stel-1109的原理及應(yīng)用歡迎訪問Freekaoyan論文站    歡迎訪問Freekaoyan論文站    摘 要： 對(duì)多功能調(diào)制芯片Stel-1109的功能、原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了較詳細(xì)的介紹，并給出了在高速正交調(diào)制中的應(yīng)用實(shí)例。在該系統(tǒng)中，應(yīng)用Stel-1109的QPSK調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)了高速正交擴(kuò)頻編碼和調(diào)制。      隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，單一的調(diào)制方式和通信速度已經(jīng)越來越不適應(yīng)發(fā)展的要求。因此一些具有多種調(diào)制方式以

2、及通信速率可變的芯片相繼產(chǎn)生了。Stel-1109就是其中之一，它是一種高集成度、高靈活性、支持突發(fā)傳輸?shù)母咚偃珨?shù)字調(diào)制芯片，可實(shí)現(xiàn)BPSK、QPSK、16QAM等調(diào)制方式，主頻高達(dá)165MHz，最高輸出中頻65MHz，數(shù)據(jù)速率可達(dá)10Mbps(BPSK)、20Mbps(QPSK)、40Mbps(16QAM)。該器件使用3.3V電壓，但可接收5V的控制輸入信號(hào)。內(nèi)部有58個(gè)可讀寫寄存器，用來設(shè)置芯片的工作狀態(tài)、調(diào)制方式、數(shù)據(jù)速率、編碼方式等。自身帶有10bit的DA變換器，將調(diào)制之后的數(shù)字信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)，使用十分靈活方便。    1 Stel-1109

3、內(nèi)部組成   >"/UpLoadFiles/Editor/2005-8/200582111336272.gif"> 圖1給出Stel-1109的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要由數(shù)據(jù)通路和控制單元組成。數(shù)據(jù)通路由比特編碼、碼元變換、兩個(gè)數(shù)據(jù)濾波通道（I、Q）組成。每個(gè)通道都包含有Nyquist濾波器、內(nèi)插濾波器和調(diào)制器?？刂茊卧煽偩€接口單元（BIU）、時(shí)鐘產(chǎn)生器和數(shù)控振蕩器（NCO）組成。    1.1 數(shù)據(jù)通路介紹    1.1.1 比特同步模塊    比特

4、同步模塊的作用就是鎖定輸入數(shù)據(jù)并使其與比特時(shí)鐘同步。同步有兩種方式：外部數(shù)據(jù)被Stel-1109內(nèi)部比特時(shí)鐘的下降沿鎖定，稱為主動(dòng)方式；外部數(shù)據(jù)由外部時(shí)鐘上升沿鎖定，稱為被動(dòng)方式。當(dāng)為主動(dòng)方式時(shí)，受clken控制，當(dāng)clken為低電平時(shí)，沒有輸出。圖2給出兩種方式的時(shí)序。    1.1.2 比特編碼模塊    比特編碼模塊接收來自比特同步輸出的數(shù)據(jù)流，且由數(shù)據(jù)使能信號(hào)dataen控制數(shù)據(jù)流的輸入。該模塊可實(shí)現(xiàn)擾碼（Scrambler）編碼和RS（ReedSolomon)編碼，并分別有兩個(gè)使能控制信號(hào)scrmen和roslen控制編碼的

5、選擇。這些使能信號(hào)既可由硬件產(chǎn)生，也可通過軟件對(duì)相應(yīng)寄存器配置來實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼功能的允許和禁止。擾碼編碼長(zhǎng)度24位，由初始碼和掩碼兩部分組成，根據(jù)系統(tǒng)要求確定生成多項(xiàng)式，并計(jì)算得到掩碼的值。而初始碼和掩碼分別寫入寄存器R30HR32H和R33HR35H。    1.1.3 碼元變換單元    該單元如圖3所示，包含比特變換、差分編碼、碼元變換。它將比特編碼輸出的串行數(shù)據(jù)比特變換成為碼元，不同的調(diào)制方式每個(gè)碼元的比特?cái)?shù)不同。    比特變換單元將串行數(shù)據(jù)比特變換為碼元比特，（每個(gè)碼元包括四個(gè)輸出比特、）。對(duì)于B

6、PSK調(diào)制方式，輸入的每比特對(duì)應(yīng)的碼元變換結(jié)果為 ，即四個(gè)比特相等。對(duì)于QPSK調(diào)制方式，則每?jī)蓚€(gè)比特（、)形成一個(gè)碼元，變換結(jié)果為，或者為，兩種組合。對(duì)于16QAM調(diào)制方式，每四個(gè)比特形成一個(gè)碼元，根據(jù)I、Q的次序共有八種組合。而碼元變換則根據(jù)選定的調(diào)制星座圖把碼元比特映射成為相應(yīng)的星像點(diǎn)，這些選擇都可通過配置相應(yīng)的寄存器進(jìn)行選擇。    1.1.4 有限脈沖響應(yīng)濾波器和內(nèi)插濾波器    有限脈沖響應(yīng)濾波器（FIR）的主要作用是使經(jīng)過濾波器后的信號(hào)邊帶頻譜最小。它是具有32個(gè)抽頭的線性相位響應(yīng)對(duì)稱濾波器，根據(jù)系統(tǒng)帶寬要求確定濾波特性

7、，從而計(jì)算出濾波系數(shù)。有16個(gè)10bit的可編程系數(shù)寄存器，以2進(jìn)制補(bǔ)碼形式儲(chǔ)存濾波系數(shù)值，范圍為512到511。    內(nèi)插濾波器是3階可編程濾波器，它把信號(hào)采樣速率提高到與主時(shí)鐘頻率相同，從而平滑數(shù)據(jù)信號(hào)，濾除寄生的頻譜。通過編程可改變?yōu)V波器的內(nèi)插因子和增益。    1.2 控制單元介紹    1.2.1 總線接口單元    總線接口單元包括58個(gè)可編程寄存器以及控制信號(hào)。rst是主復(fù)位信號(hào)，低有效，復(fù)位所有可編程寄存器。dsb、csel、wr控制信號(hào)完成存取操作，均為低

8、有效。csel為片選信號(hào)，wr為讀寫控制信號(hào)，wr為低時(shí)是寫寄存器狀態(tài)，反之為讀寄存器狀態(tài)。dsb是寫控制信號(hào)，當(dāng)片選信號(hào)csel有效且寫信號(hào)wr為低時(shí)，dsb信號(hào)由高變低之時(shí)，寫過程開始，在它變高之時(shí)，寫過程結(jié)束。    1.2.2 時(shí)鐘產(chǎn)生單元    輔助時(shí)鐘：在Stel-1109內(nèi)部，對(duì)于比特時(shí)鐘（），用時(shí)鐘使能信號(hào)（clken）來控制，當(dāng)clken為低時(shí)，沒有輸出，因此需一個(gè)輔助時(shí)鐘完成一些輔助操作，這一點(diǎn)在系統(tǒng)工作中很重要。其表達(dá)式如下：    其中，2N15，改變參數(shù)可輸出所需的頻率。

9、0;   比特時(shí)鐘：是1109內(nèi)部定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，也可作為外部數(shù)據(jù)的定時(shí)信號(hào)，其表達(dá)式如下：    其中，3N4095。當(dāng)為16QAM調(diào)制時(shí)，K=1；當(dāng)為QPSK調(diào)制時(shí)，K=2；當(dāng)為BPSK調(diào)制時(shí)，K=4。    數(shù)控振蕩器：產(chǎn)生調(diào)制用的正交中頻信號(hào)，由控制可產(chǎn)生三種頻率信號(hào)。其表達(dá)式如下：    其中，F(xiàn)C是編程計(jì)數(shù)值。    以上簡(jiǎn)要介紹了Stel-1109的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和重要參數(shù)的設(shè)置，有興趣的讀者請(qǐng)參考有關(guān)資料。    2

10、 在多進(jìn)制正交擴(kuò)頻編碼和調(diào)制中的應(yīng)用    圖4示出了多進(jìn)制正交擴(kuò)頻編碼和QPSK調(diào)制實(shí)現(xiàn)的原理框圖。微處理器8031完成對(duì)系統(tǒng)的初始化，包括對(duì)Stel-1109芯片工作參數(shù)的配置和FPGA初始參數(shù)的裝載。同時(shí)微處理器還實(shí)現(xiàn)發(fā)送時(shí)序的產(chǎn)生以及系統(tǒng)的控制。多進(jìn)制正交擴(kuò)頻編碼是由FPGA和EPROM實(shí)現(xiàn)的。    Stel-1109設(shè)置為QPSK調(diào)制方式，主頻163.83MHz，=8.192MHz，分頻系數(shù)N=9，碼元速率為4.096MHz，中頻輸出為40.96MHz。其地址和數(shù)據(jù)總線直接與系統(tǒng)控制單元接口，對(duì)其內(nèi)部寄存器進(jìn)行編程?？删幊?/p>

11、寄存器用于設(shè)置調(diào)制方式、碼元速率、成形濾波器參數(shù)、內(nèi)插濾波器因子及增益、輸出中頻頻率等參數(shù)。數(shù)字信號(hào)經(jīng)由DA變換后輸出中頻模擬信號(hào)送至濾波器。Stel-1109接收來自數(shù)據(jù)終端的數(shù)據(jù)流并進(jìn)行比特變換，將數(shù)據(jù)流比特和轉(zhuǎn)換成為碼元比特I1：0和Q1：0。碼元轉(zhuǎn)換單元將碼元比特根據(jù)調(diào)制星座圖變換為星象點(diǎn)。I1：0和Q1：0兩支路數(shù)據(jù)經(jīng)濾波后分別進(jìn)行正交調(diào)制，合成QPSK調(diào)制信號(hào)，通過低通濾波器輸出到電臺(tái)中頻輸入口。    3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果    該系統(tǒng)用于高速無線分組網(wǎng)中，擴(kuò)頻碼片速率為4096kHzs，圖5示出多進(jìn)制正交擴(kuò)頻碼經(jīng)過QPSK調(diào)制輸出的中頻波形包絡(luò)及其頻譜圖。圖5（a）所示為QPSK調(diào)制信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過Stel-1109內(nèi)部濾波器濾波后，包絡(luò)有一定的起伏。圖5（b）所示為其頻譜，縱坐標(biāo)每格10dB，模坐標(biāo)每格2MHz。該信號(hào)經(jīng)中頻對(duì)接后用QPSK方式解調(diào)，已能正確解擴(kuò)和解調(diào)，證明設(shè)計(jì)方案是正確可行的。&#