AD9857在DVB-T调制器系统中的应用

 

本文基于DVB-T标准设计并实现了一个COFDM调制器。设计中，使用了Altera公司的Stratix系列EP1S25F672C7的FPGA和Analog Devices公司的数字正交上变频器AD9857。本系统设计简单，工作稳定，输出信号的信噪比可以达到55dB以上，能够以较低的复杂度得到较高的系统性能。
　　
1 DVB-T调制器的系统方案
　　
        DVB-T调制器中COFDM调制系统是调制器中的主要部分，也是抗多径的OFDM技术在宽带无线通信中一个很好的利用。调制系统框图如图1所示。
 

        从图中可以看出，发射端首先由信源去复用电路将输入的TS码流分解成两个独立的连续数据流，每188字节为一个传输包;然后对每一路数据进行加扰、RS编码、外交织、卷积编码，在去复用电路中将两路合二为一（一般分层模式下用到两路流，其它模式只对一路去复用），再经比特交织器和符号交织器完成整个信道编码。编码后数据经过映射调制到对应的星座图上成为数据载波。OFDM帧形成部分将数据载波、导频载波（pilot）和TPS信道传输参数信令载波按照帧结构的要求组合在一起，形成完整的OFDM符号和帧。根据OFDM调制原理，将各个载波经过IFFT变换得到时域的数据流。之后，在每个OFDM符号前插入保护间隔，再经过D/A上变频最终形成中频信号发射到信道中去。
　　
        可见，一个COFDM调制器主要由TS码流接入、信道编码调制和D/A上变频这三个模块组成。因此，D/A上变频的好坏，直接影响调制器的性能。
　　
2 D/A上变频的原理
　　
        一般调制器的上变频可以采用模拟方式和数字方式两种方案，图2为一简单模拟上变频的实现电路，它的原理就是利用压控振荡器的振荡频率来实现调频。首先，输入信号经过VCO与本振信号混频后得到和频与差频信号；这些信号经过高通滤波器以后，滤除掉低频分量，高频分量就可以经过放大器传输到信道中去。由于模拟电路的一些固有缺陷，例如抗干扰能力较差，精度较低等，所以这种上变频实现方法的稳定性和可靠性都较差。
 

        随着高速器件和软件无线电技术的发展，数字上变频技术逐渐突破了模拟上变频的不足，具有调制中心频率可调、频偏可编程、调制方式可重组、调制码速率高、可实现较高的频响、可以与编码器合并扩展功能很强等优点，成为今后调制器的发展主流。
　　
        目前常用的数字上变频芯片是AD9856和AD9857，这两个芯片都是由AD公司生产的通用、高性能的数字上变频器件,具有集成度高、性能好、功耗低等特点，使用这两个芯片可以很容易实现信号的数字正交调制。AD9857与AD9856相比，还有如下的不同点：
　　
        （1）AD9857集成的是一个14bit的D/A转换器，而AD9856集成的则是一个12bit的D/A转换器，这样在数据的精度上，AD9857比AD9856高了大约6dB。
　　
        （2）AD9856需要3V电压供电，而一般的微控制器的工作电压是3.3V或5V，这样就需要一个电压转换芯片来进行电平适配。AD9857的工作电压是3.3V，可以与其他芯片共用一个电源。
　　
        （3）由于AD9857配置完成以后会产生一个PDCLK信号，而AD9856并不能返回这样一个信号，因此送入AD9857调制的I/Q两路信号的平衡性比AD9856要好，这样可以防止在进行OFDM调制时出现载波丢失现象。
　　
        （4）AD9857还具有输出电平控制功能，可以根据接收机的需要，动态的调节输出信号的电平。
　　
        鉴于AD9857的优点，以及DVB-T系统的具体需要，本文讨论了一种基于AD9857的数字上变频的实现方法。
　　
3 AD9857工作原理
　　
        AD9857主要有三种工作模式：正交调制模式、单频输出模式和插值DAC模式。三种工作模式的选择是通过对控制寄存器的编程来实现的,在本系统中使用的是正交调制模式。
　　
        在正交调制模式下，AD9857通过管脚PDCLK/FUD对数据输入端提供一路同步时钟，用于同步I/Q两路数据的输入。I/Q两路数据共用14bit 的数据线，所以PDCLK 的时钟频率应该是单独的I 路或Q路数据速率的2倍，I/Q数据分时送入片内的DEMUX解复用为并行的I/Q两路数据，它们将依次经过两个插值滤波器。经滤波后， I/Q 数据分别与两个正交的余弦函数相乘后再相加（或相减）为一路信号。因为DAC 使用零阶保持采样， 所以信号在进行D/A转换前需要经过一个反SINC补偿的模块，以上过程均发生在数字域，最后数字中频信号送入DAC进行数模变换产生两路差分的模拟信号输出。
　　
        AD9857内部集成了一个数字直接频率合成器（DDS）用来产生数字的正、余弦波作为载波。DDS的32位频率控制字（FTWORD）通过同步串行口进行配置。AD9857内部共有4组寄存器，每一组都可存储32位频率字，这种特性允许输出载波频率根据需要灵活及时地改变。通常,要使一个高质量的振荡器具有100M～200MHz 的频率动态范围是非常困难的, 而AD9857 则允许使用一个较低频率的振荡器, 它可以将其内部的参考时钟通过倍频来产生SYSCLK,通过公式fout=(FTWORD×SYSCLK)/232就可以把基带信号调制成任意频率的中频信号。