突發(fā)解調器STEL-9257在寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統中的應用

摘要：對突發(fā)解調器STEL-9257的結構和功能作了較詳細的介紹，并給出了它在點(diǎn)對多點(diǎn)寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統中的應用實(shí)例。在該系統中使用STEL-9257作為基站的上行突發(fā)解調器，實(shí)現了差分QPSK信號的突發(fā)解調。

1 STEL-9257簡(jiǎn)介

在寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統中，經(jīng)常使用基站到用戶(hù)站模式的點(diǎn)對多點(diǎn)TDMA方式。此時(shí)，上行數據（由用戶(hù)站到基站）采用突發(fā)數據包的方式。為了提高頻譜利用率，一方面采用某些調制效率比較高的調制方式（如QPSK、16QAM等）提高每個(gè)符號傳輸的比特數；另一方面，要求基站的解調具同步時(shí)間短、突發(fā)包之間保護間隔時(shí)間短的特性，以減少冗余比特，進(jìn)一步提高頻譜利用率�；�站的突發(fā)解高性能常常直接決定了點(diǎn)對多點(diǎn)寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統的上行傳輸速率。另外，由于現今寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統中多種不同業(yè)務(wù)同時(shí)傳輸的要求，使得用戶(hù)站的帶寬分配（TDMA系統中即為時(shí)隙分配）不能再采用固定帶寬分配方法，而要求根據用戶(hù)的實(shí)際需求動(dòng)態(tài)分配帶寬。這就要求基站的突發(fā)解調能夠隨著(zhù)用戶(hù)站的帶寬（時(shí)隙）分配的變化這次時(shí)解調不同長(cháng)度突發(fā)包。

圖1 STEL-9257內部結構

STEL-9257是一款能很好滿(mǎn)足以上要求的差分QPSK突發(fā)解調器，與IEEE802.14、MCNS和DAVIC解標準兼容，可直接輸入5MHz～65MHz中頻信號，解調速率最高可達5.12Mbps。STEL-9257采用固定前置碼（4種，長(cháng)度為14或16個(gè)碼元周期），大大縮短了同步的時(shí)間并節省了獨特字所需的系統開(kāi)銷(xiāo)。STEL-9257所要求的突發(fā)包之間保護間隔最小為4個(gè)碼元周期（當采用可變長(cháng)度突發(fā)包模式時(shí)為11個(gè)碼元周期）。

2 STEL-9257的內部結構

圖1為STEL-9257的內部結構，主要由變頻模塊、解調模塊和微處理器模塊組成。

(1)變頻模塊

變頻模塊將輸入STEL-9257的載頻為5MHz～65MHz的中頻信號下變頻后再通過(guò)聲表面濾波器濾波輸入解調模塊。

(2)解調模塊

解調模塊由四部分功能電路組成：數字處理電路、解調制電路、同步和估計電路以及時(shí)鐘和控制電路。

數字處理電路首先對輸入的模擬信號進(jìn)行采樣，再對數字采樣信號進(jìn)行濾波和抽取，而后將數字信號輸出到下級處理模塊。STEL-9257要求傳輸的基帶信號頻譜為alpha=0.25～0.30的均方根余弦。FIR濾波器的互相關(guān)系數見(jiàn)圖2。

(3)微處理器模塊

微處理器模塊通過(guò)串口接收外部的配置命令。當外部Reset啟動(dòng)后，微處理器模塊將對變頻模塊和數字解調模塊進(jìn)行配置。

3 STEL-9257功能介紹

STEL-9257使用固定前置碼（14或16個(gè)碼元）以縮短捕獲時(shí)間，提高頻譜利用率；使用差分編碼消除相位模糊度；對長(cháng)突發(fā)包進(jìn)行比特跟蹤同步以避免失步。STEL-9257可以解調輸入載波頻率范圍為5MHz～65MH、固定長(cháng)度或可變長(cháng)度的TDMA或FDMA信號。

3.1 突發(fā)包長(cháng)度選擇

STEL-9257可以工作在固定長(cháng)度突發(fā)包模式或可變長(cháng)度突發(fā)包模式。在固定長(cháng)度突發(fā)包模式中可以設置6種不同的突發(fā)包長(cháng)度，用戶(hù)可以通過(guò)模式控制引腳進(jìn)行快速切換。固定長(cháng)度突發(fā)包工作模式要求相鄰兩突發(fā)包之間保護間隔長(cháng)度不小于4個(gè)碼元周期。

圖3 STEL-9257輸出時(shí)序

在可變長(cháng)度突發(fā)包工作模式，無(wú)需設置突發(fā)包的長(cháng)度，STEL-9257將自動(dòng)檢測突發(fā)包的結束。但是，此時(shí)STEL-9257輸出的數據有效（Data Valid）信號并不能準確給出突發(fā)包的結尾，而會(huì )在突發(fā)包結束后延遲數個(gè)比特給出。由于系統中數據鏈路層帶寬分配的要求，數據鏈路層總是知道此時(shí)接收的突發(fā)包長(cháng)度，因此，突發(fā)包的準確結尾將由系統判斷�？勺冮L(cháng)度突發(fā)包工作模式要求相鄰兩突發(fā)包之間保護間隔長(cháng)度不小于11個(gè)碼元周期。

3.2 STEL-9257的MAC層相關(guān)功能

STEL-9257的MAC層相關(guān)功能包括接收信號強度指示（RSSI）、噪聲功率測量、載波頻率差錯估計、包碰撞檢測等。

3.3 STEL-9257的輸出時(shí)序

STEL-9257輸出時(shí)序如圖3所示，tdav碼元周期如表1所示。STEL-9257的輸出信號主要為解調數據（DATA）、解調時(shí)鐘（ClkOut）和解調數據有效（DataValid）信號。其中解調數據有效信號指示突發(fā)數據包的起始和中止位置（可變長(cháng)度突發(fā)包工作模式時(shí)無(wú)法指示中止位置），在輸出的第一個(gè)有效解調數據前置高標志數據開(kāi)始。解調輸出是去除固定前置碼和解差分后的數據，在解調時(shí)鐘的下降沿變化。

表1 tdav碼元周期表

碼元速率（Msps）tdav 碼元速率（MHz）tdav 0.128～0.320 39碼元 1.544 43碼元
0.512～0.772 40碼元 2.048 44碼元
1.024 41碼元 2.56 45碼元
1.28 42碼元

3.4 STEL-9257的微處理器接口

STEL-9257的微處理器模塊通過(guò)串口完成下載配置數據等操作，隨后配置STEL-9257的內部電路。微處理器模塊的外部接口數率為19200bps，TTL電平串口，采用1位起始位、8位數據位為1位終止位、無(wú)奇偶校驗位的格式。

4 STEL-9257在寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統中的應用實(shí)例

圖4示出了點(diǎn)對多點(diǎn)寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統中基站解調上行突發(fā)包的原理框圖。微處理器AT89C51完成對系統的配置工作，包括對STEL-9257的工作參數的配置和FPGA初始參數的裝沒(méi)氣力的。FPGA完成與MAC層的交互。由于數字解調器直接輸出的時(shí)鐘相位是抖動(dòng)的，無(wú)法直接使用，FPGA同時(shí)完成換鐘工作。FPGA通過(guò)鎖相環(huán)由下行數據時(shí)鐘得到穩定的上行數

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