GC5016簡介
gc5016是ti公司推出的寬帶四通道可編程數(shù)字上變頻/下變頻轉換器，提供160msps時鐘、杰出的3g性能、靈活的寬帶數(shù)字濾波、多個輸入與輸出接口選項以及超低功耗。同時，它也可以作為普通的數(shù)字濾波器使用。
在上變頻模式，信道接收實數(shù)據或者復數(shù)據，用可編程的數(shù)值1～4096進行抽取，并將其調制到選定的中心頻率上。已調信號可以是四個通道的信號之和，也可以是任選的其他gc5
016芯片的已調信號相加。信道可以成對使用以增加輸出采樣率或者增加輸入信號的帶寬，或者同時實現(xiàn)兩個目標。每個通道包含一個用戶可編程輸入濾波器(pfir)，這個濾波器可以用作發(fā)射數(shù)據的整形濾波器或用以生成qpsk、gmsk或者qam信號等的nyquist濾波器。
在下變頻轉換模式，信道接收的還是實數(shù)據或者復數(shù)據，并解調到選定的載頻上，再用可編程的數(shù)值1～4096進行抽取，然后進行自動增益控制放大，并產生20位的輸出。下變頻轉換模式下，信道的輸出信號經過格式化后，以實數(shù)或者復數(shù)的形式加到四個輸出端口，完成數(shù)字信號的下變頻。
在下變頻通道模式下，gc5016的4個通道的輸入時鐘速率可達160ms/s，而2個通道則可以達到320ms/s，4組寬帶下變頻通道可支持umts標準，具有115db無失真動態(tài)范圍(sfdr)的處理能力，具有16個能達到255階的fir濾波器，64個并行輸入/輸出位，提供靈活的i/o選項。
上變頻通道模式與下變頻模式的性能基本相同，輸出可以是獨立的，可以是一兩個輸出的和，也可以是任意的幾個gc5016芯片輸出信號的融合。
模擬直放站簡介
目前成熟的采用模擬方式處理的直放站框圖如圖1所示(以寬帶直放站為例)，其中，下行鏈路是直放站通過天線接收基站發(fā)來的信號，經過低噪聲放大器(lna)、射頻濾波器(rf filter)、混頻器(下變頻)、中頻聲表濾波器(if filter)、混頻器(上變頻)、射頻濾波器(rf filter)、功率放大器驅動模塊(amp)和功率放大器(pa)，再通過天線發(fā)射出去；上行鏈路是直放站通過天線接收移動臺(通常是手機或車載電話)，經過與下行鏈路類似的處理后，通過天線發(fā)射給基站。
圖1 模擬直放站系統(tǒng)框圖
目前的直放站為了滿足不同的體制與標準，必須更換其中的中頻濾波單元(if filter)模塊，致使不同體制標準的直放站具有不同的硬件配置，大大增加研發(fā)、生產和維護成本。
數(shù)字直放站設計
● 數(shù)字中頻框圖
隨著a/d、d/a及數(shù)字信號處理技術的發(fā)展，現(xiàn)在軟件無線電技術已經可以用于直放站的中頻濾波單元，如圖2所示。采用圖2所示的一個數(shù)字中頻單元模塊直接替換圖1中的模擬中頻濾波單元(if filter)模塊(包括上行和下行兩個模塊)，就基本可以滿足目前所有體制標準的直放站硬件需求。這樣，直放站的硬件平臺基本達到了統(tǒng)一，只要采用不同的數(shù)字濾波配置代碼，就可以實現(xiàn)不同標準的直放站功能。其中的數(shù)字濾波功能可以采用高速dsp芯片、fpga或專用asic實現(xiàn)。
圖2 數(shù)字中頻單元框圖
● 芯片選型
基于上行/下行的對稱性及成本上的考慮，這里的a/d和d/a芯片都選擇了雙通道集成的芯片。其中，a/d選擇ads5553；d/a選擇dac5687；數(shù)字濾波采用專用asic芯片gc5016實現(xiàn)。
ads5553的分辨率為14bit，采樣率為65ms/s，70mhz fin時的信號雜波比(snr)為74dbfs，sfdr為84dbc。
dac568不僅能夠提供大于75db的信噪比(snr)，以及大于81dbc的三階互調(imd3)，而且還允許多載波系統(tǒng)在更高的輸出功率下進行工作。此外，dac5687在速率為500ms/s時的功耗僅為700mw，提高了系統(tǒng)可靠性并實現(xiàn)了更高的通道密度。
系統(tǒng)配置
基于上述數(shù)字中頻硬件平臺，可以通過不同的配置，以應用于不同標準的直放站，現(xiàn)以wcdma直放站為例進行詳細說明。
設置輸入模擬中頻(if)為140mhz，adc5553的采樣頻率為61.44mhz。采用通帶欠采樣技術，adc5553輸出速率為 61.44ms/s。GC5016接收adc5553輸出的信號，進行下變頻、濾波后信號速率變?yōu)?.68ms/s，然后再進行上變頻處理，輸出速率為 61.44ms/s的中頻數(shù)字信號。dac5687接收gc5016輸出的信號，通過內插和濾波輸出140mhz的if模擬信號。
adc5553不需要軟件配置，只要給它穩(wěn)定的61.44mhz時鐘就可以了。系統(tǒng)的濾波功能主要在gc5016中實現(xiàn)，wcdma對于濾波的要求如圖3所示。dac5687需要完成內插/濾波及上變頻的功能，可通過串行接口對其進行編程。
圖3 單信道濾波器幅頻特性
gc5016可以采用cmd5016配置軟件程序，按要求生成一系列輸出文件。這里面包含配置文件、分析文件、調試文件和列表文件。配置文件以一種格式定義所有寄存器的設置以適合gc101的估計模式。分析文件提供用戶內部到芯片的增益反饋信息，并且提供其他有用的信息給用戶讀取。調試文件是給軟件程序的調試者使用的，而且這個
文件對其他人可能是保密的。列表文件包含每個控制區(qū)的值。這種格式可以使用戶較容易地看出每個控制區(qū)采用的是哪種設置。
在前面已經講到，每個通道都有兩種工作模式：發(fā)射和接收。這里采用兩個通道(ab)用于發(fā)射，兩個通道(cd)用于接收。由于不同的參數(shù)適合于不同的工作模式，所以使用時要先進行模式設置。模式的設置可以用一條模式命令完成。
mode [ab|cd] [transmit| receive]
用戶在命令文件中定義變量。這些變量可以是區(qū)(硬件控制寄存器的位區(qū))或者pseudo_fields(僅僅在軟件中存在的變量，而在硬件中沒有與之直接對應的元素)。變量可以有六種類型：mandatory(m)、defaulted(d)、computed(c)、unused(u)、 expert(e)和not available(-)。not available只能用在只讀變量中。在發(fā)射和接收模式中，變量有不同的類型。例如，cic_int在發(fā)射中是m(mandatory)型，而在接收中則是u(unused)型。任何變量均可以由用戶定義，而且它們的值可用于芯片的編程也可用于其他區(qū)的計算。用戶要想修改這些變量的值，就應該在軟件中給出c和e區(qū)定義值。有一點需要注意，為了提高程序的可讀性，往往需要加一些注釋，注釋的格式是：以“#”或者“/”開始，在注釋中允許有空行。
圖4和圖5分別是wcdma濾波器頻率響應和濾波器頻率響應過渡帶寬度和阻帶衰減的關系。
圖4 wcdma濾波器頻率響應
圖5 wcdma濾波器頻率響應過渡帶寬度和阻帶衰減的關系
結語
該硬件平臺已經成功應用于多種直放站設備，都達到了相應的移動通信直放站標準，性能穩(wěn)定可靠，取得了較好的經濟效益。