摘 要： 介绍了一种采用单片高速数模转换器AD9788实现将多业务数字分布系统中两种不同制式多载波数字基带信号转换成模拟中频信号的实现方案，该方案具有较强的实用性和参考价值。
关键词： 多业务；分布系统；高速模数转换器；AD9788
随着移动通信技术的飞速发展，移动运营商在网运行的系统制式越来越多，移动通信全业务运营不断深入发展。目前的网络现状主要是2G、3G和无线宽带等多系统并行，语音、数据和互联网多业务并存，但由于深度覆盖不足，系统运作效率较低，不能很好地满足移动用户对语音和数据业务的需求。用户的需要和技术的进步推动了多业务分布系统MDAS(Muti-service Distributed Access System)的出现[1]。MDAS是一种集中了2G、3G、无线宽带等解决方案的数字分布系统。MDAS主要由接入单元、扩展单元和远端射频单元三部分组成，主要是利用光纤或超五类线将2G、3G基带数据和无线宽带数据打包共网传输，远端将接收数据转变成用于无线覆盖信号进行深度覆盖。MDAS系统可细分有CDMA系统、GSM/DCS和WCDMA双制式系统、GSM/DCS和TD-SDMA双制式系统，在提供2G、3G移动通信服务的同时，集成WLAN系统，满足用户的高速率无线数据传输需求。AD9788是ADI公司为WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX、GSM等无线通信系统应用推出的一款16位高速DAC芯片，通常情况下用来实现单一制式多载波数字基带信号到模拟中频信号的转换。本文将给出一种采用单片AD9788将MDAS双制式系统中两种不同制式多载波数字基带信号转换成模拟中频信号的实现方案。
1 AD9788的功能特性和工作原理
AD9788是一款16位低功耗、高动态范围的模数转换器：器件采用串行外设接口(SPI)对内部寄存器参数进行编程配置和回读，设置AD9788工作方式；内置高性能低噪声的数字锁相倍频器可将较低频率的输入参考时钟倍频产生DAC内部用到的所有控制时钟；内部有3级固定插值2倍的插值滤波器，实现最大8倍差值的内部数字上变频，提供最大800 MS/s采样速率；内置低功耗精密复数压扩振荡器(NCO)允许将载波设置在数字上变频后DAC带宽内的任意位置；器件通过复数数字调制以及增益、相位和失调补偿优化直接变频输出应用；经优化的DAC输出可与模拟正交调制器无缝连接；模拟输出电流在8.7 mA～31.7 mA范围内可调。
AD9788内部功能框图详见其数据手册[2]，使用AD9788前需要通过SPI接口对其内部可编程寄存器进行编程设置[3]。其内部数字锁相倍频器主要根据地址为0x04的PLL控制寄存器设置将外部REFCLK输入的参考时钟进行倍频处理得到DAC内部所需时钟。内部时钟电路结合滤波器插值系数输出DATACLK，用DATACLK从16位P1D、P2D端口同步读入基带IQ数据，根据地址为0x01的数字寄存器配置进行1x、2x、4x或8x插值并抗混叠滤波，并通过与NCO依据地址0x0A频率控制字寄存器和地址0x0B相位控制寄存器产生的正余弦信号进行混频复数调制实现信号频谱搬移，再经过反Sinc函数(可选)后进行增益、相位和失调补偿后送至高速数模转换模块实现模拟中频信号的输出。
2 基于AD9788的多业务数字分布系统
系统设计采用软件无线电思想，结合AD9788功能特性，设计一多业务数字分布系统中采用单片AD9788将两种不同制式数字中频信号转换成模拟中频信号的实现方案，该方案可用于GSM/DCS和WCDMA双制式系统、GSM/DCS和TD-SDMA双制式系统。系统数字信号处理部分采用Altera公司推出的Cyclone IV系列型号为EP4CGX50 FPGA，图1为系统发射端处理框图。
EP4CGX50 FPGA内部集成4个收发器(Serdes)，支持600 Mb/s～3.125 Gb/s的数据速率。系统发射端处理可描述为：由2G基带IQ数据、3G基带IQ数据和WLAN数据打包组成的多业务数据包通过光纤或超五类线输入FPGA收发器；收发器将接收数据解包得到的WLAN数据通过FPGA内部设计的WLAN接口模块连接无线AP实现无线网络覆盖；解包得到的2G基带IQ数据、3G基带IQ数据分别通过各自插值滤波、复数混频的数字上变频后直接IQ数据叠加实现频分复用分布在不同的中频频段，叠加后的IQ数据通过P1D和P2D端口在DATACLK时钟同步下送至DAC AD9788得到含2G和3G信号的模拟中频信号，分别通过不同的带通滤波器后与各自本振混频、宽带滤波、功率放大后实现2G、3G信号覆盖。
为了保证单片AD9788实现将MDAS中2G、3G两种不同制式多载波数字基带信号转换成模拟中频信号，首先要确定各种不同制式信号带宽。在联通GSM/DCS和WCDMA双制式系统中，GSM上行频率范围为909 MHz～915 MHz、下行频率范围为954 MHz～960 MHz，DCS上行频率范围为1 735 MHz～1 755 MHz、下行频率范围为1 830 MHz～1 850 MHz，因此GSM/DCS最大频率带宽为20 MHz；WCDMA上行频率范围为1 940 MHz～1 970 MHz、下行频率范围为2 130 MHz～2 160 MHz，WCDMA最大频率带宽为30 MHz。在移动GSM/DCS和TD-SDMA双制式系统中，GSM上行频率范围为885 MHz～909 MHz、下行频率范围为930 MHz～954 MHz，DCS上行频率范围为1 710 MHz～1 735 MHz、下行频率范围为1 805 MHz～1 830 MHz，因此GSM/DCS最大频率带宽为25 MHz；TD-SDMA采用TDD工作方式，上下行用的是同一个频点, 目前使用频率范围为2 010 MHz～2 025 MHz，带宽为15 MHz。AD9788在2×、４×或８×插值模式下，其有效带宽是IQ复数数据速率的80%，若取DAC接口数据速率为122.88 MHz，AD9788内部为８×差值，有效数据带宽为122.88 MHz×80%=98.304 MHz。
98.304 MHz-20 MHz-30 MHz=48.304 MHz(1)
由式(1)可知，在联通GSM/DCS和WCDMA双制式系统中，当GSM/DCS、WCDMA分别位于有效数据带宽两端时，GSM/DCS、WCDMA信号之间还具有最大48.304 MHz间隔带宽。
98.304 MHz-25 MHz-15 MHz=48.304 MHz (2)
同理，在移动GSM/DCS和TD-SDMA双制式系统中，式(2)表明GSM/DCS、TD-SCDMA信号之间也具有最大48.304 MHz间隔带宽。可在FPGA内部通过设置DDS频率控制字使得2G、3G数字零中频输出信号在±49.152 MHz范围内，并保证2G、3G数字中频信号具有较大的频率间隔，使得DAC得到的模拟中频信号能通过带通滤波器分离出2G、3G信号。
AD9788设置为frefclk=122.88 MHz、fDATACLK=122.88 MHz、8×插值模式、fDACCLK=983.04 MHz、fVCO/fDACCLK=2、fDACCLK/frefclk=8，DAC输出信号中心频率设置为fCENTER=122.88 MHz，频率控制字寄存器的值FTW应设置为：
FTW=(fCENTER×232)/fDACCKL=0x20000000(3)
表1、表2分别给出了GSM/DCS和WCDMA、GSM/DCS和TD-SCDMA双制式系统发送端各种不同制式DAC前数字中频和DAC后模拟中频的频率范围。
3 实验测试结果
为了验证以上所提方案，使用Agilent E4438C信号发生器产生2G、3G多载波信号输入MDAS系统中，在系统DAC AD9778后端用Agilent 8595E频谱仪观测输入的模拟中频信号。图2为GSM/DCS和WCDMA双制式系统DAC输出波形，屏幕中心频点为122.88 MHz，带宽100 MHz，左半部分显示的是4载波WCDMA信号，右半部分显示频率间隔为2 MHz的8音信号模拟GSM/DCS信号；图3为GSM/DCS和TD-SCDMA双制式系统DAC输出波形，屏幕中心频点为122.88 MHz，带宽100 MHz，左半部分显示的是9载波TD-SCDMA信号，右半部分显示频率间隔为1.6 MHz的10音信号模拟GSM/DCS信号。从图2、图3可以看出，两种不同制式信号能够很好地通过单片DAC AD9778完成数字中频信号到模拟中频信号的转换，并且两种不同制式信号之间具有较大频率的保护间隔，能够通过带通滤波器分离出不同制式信号。
本文介绍了一种采用单片高速数模转换器AD9788实现将多业务数字分布系统中两种不同制式多载波数字中频信号转换成模拟中频信号的实现方案，并进行了实验验证，结果表明该方案具有较强的实用性和参考价值。
参考文献
[1] 梁渭雄.MDAS在移动通信全业务运营中的应用[J].无线通信，2012(2)：27-29.
[2] Analog Device.AD9785/AD9787/AD9788：dual 12-/14-/16-bit 800 MS/s DAC with Low Power 32-Bit Complex NCO Data Sheet[EB/OL].[2009-02].http：//www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD9785_9787_9788.pdf.
[3] 卫晓娟，李军红.高速数模转换器AD9779/AD9788的应用[J].微型机与应用，2011，30(24)：79-80.