基于ADL5385的128QAM发送器设计

1 引言
    幅度与相位相结合的多进制正交幅度调制(MultilevelQuadrature Amplitude Modulation，简称MQAM)是幅度、相位联合调制技术，它同时利用载波幅度和相位传递信息比特，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示，因此在相同最小距离条件下实现更高的频带利用率。一般而言，MQAM的样点数目越多，其传输效率越高。目前MQAM最高已达l 024一QAM(1 024个样点)。与其他调制技术相比，MOAM编码具有充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。由于MQAM的星座点相移键控(Phase Shm Keying，简称PSK)的星座点更分散，星座点间距更大，因此，可提供良好的传输性能。当要求数据传输速率的要求高过8一PSK能提供的上限时，一般采用MQAM的调制方式。目前，MQAM调制技术已广泛应用于电视系统、微波通信系统、光传输系统。这里探讨了利用ADL5385设计的155 Mb／s(STM一1)128样点QAM发送器。

2 QAM调制原理
    QAM是一种矢量调制，将输入比特(一般采用格雷码)先映射到一个复平面(星座)上，形成复数调制符号，然后将符号的I、Q分量(对应复平面的实部和虚部，也就是水平和垂直方向)采用幅度调制，分别对应调制在相互正交(时域正交)的2个载波。这样与幅度调制(Amplitude Modulation，简称AM)相比，其频谱利用率提高1倍。其原理框图如图1所示。

    图1中，速率为Rb的发送数据在串-并转换器(比特／符号编码器)内被分成两路，各为原信号的l／2，2一L电平转换器将每个速率为Rb／2的两电平序列变成速率为风Rb/log2M的L电平信号，然后分别与两个正交的载波调制分量相乘，相加后输出。接收端完成相反过程，正交解调出两个相反码流，均衡器补偿由信道引起的失真，判决器识别复数信号并映射回原来的二进制信号。

3 基于ADL5385的128QAM发送器设计
3．1 128QAM发送器的组成
    依据正交调制法的原理，128QAM发送器系统的组成框图如图2所示。计算机通过软件生成128QAM串行数据，由双通道发送D／A转换器将分离后的串行数据分别转换成模拟电平，模拟电平经正交调制器件与本地振荡器正交相乘生成128QAM发送信号。系统中，双通道发送D／A转换器选用AD9777，该器件为16位，160 MS／s的双通道发射D／A转换器正交调制器件选用ADL5385。

3．2 ADL5385简介
    ADL5385是一款硅半导体单片正交调制器，频率范围为50~200 MHz，具有优异的相位精度和幅度平衡性。ADL5385的宽基带输入带宽允许基带启动或复杂的IF驱动，因此可用于IF或RF调制的通信系统，广泛应用于无线连接发送器、电缆调制终端系统、宽带无线接入系统等。ADL5385从2个差分基带输入端获取信号，然后把其调制到两个正交的载频。两个内部载频来自于一个单端、外部本地振荡器输入信号，振荡器的频率是所需要载频频率的2倍。两路已调的信号一起送入差分一单端放大器。放大器应设计成驱动50 Ω输出阻抗。
    ADL5385高输出功率能力(+10 dBm P1dB)、高单端输出线性度(+24 dBm IP3)和低本底噪声(一158 dBm／Hz)提供极高的输出动态范围。ADl5385具有一46 dBm载波馈通和一50dBm单边带抑制(在14MHz处)能力使其在复合高阶调制应用(例如，大于或等于16点的正交幅度调制(QAM)]中对校准和调零的需求最少。
    ADL5385可接收来自直流DC~700 MHz的宽带输入，并且与AD977x系列D／A转换器输出幅度相兼容。ADL5385具有一7 dBm的低L0驱动要求也与ADIA360系列带VCO的集成PLL产品兼容。ADL5385的两倍L0输入频率特性有助于在L0隔离和电路板密度至关重要的应用中使L0频率牵引最小。ADL5385的功能框图如图3所示。

    图3中,IBBP，IBBN分别为正交调制中I信号的正、负极输入端。QBBP，QBBN分别为正交调制中Q信号的正、负极输入端。LOIP，LOIN分别为本地振荡输入的正、负端。ENBL是ADL5385的使能端。高电平时，该器件工作；低电平时，则进入休眠状态。TEMP是温度传感器输入连接端，将外部温度变化通过电阻引入器件内部的温度传感器。
    ADL5385按功能划分为5部分：本地振荡器接口电路、基带电压-电流转换器、混频器、差分一单端放大器和偏置电路。其中，本地振荡器接口电路由缓冲放大器和一组分频器构成，可产生频率为输入频率一半的两个正交载频。每个载频经放大和限幅后，驱动双平衡混频器；电压一电流转换器将基带电压信号转化为电流信号馈入混频器。基带输入端馈入的差分基带输入电压送入一组共发射极电压一电流转换器。转换器的输出电流在混频器中调制两个一半频率的本地振荡载频；ADL5385有两个双平衡混频器，分别用于I通道和Q通道。这两个混频器由4个交叉连接的晶体管构成希尔伯特结构设计，2个混频器的电流输出一起输入到差分一单端放大器中；差分一单端放大器由两个射极跟随器驱动级构成，输出阻抗被射极电阻稳定在50Ω的输出：每一部分的参考电流由偏置电路产生。因此，ADL5385可实现图1中2一L电平转换后续功能。
3．3 基于ADL5385的128QAM发送器
    图1中的2-L电平转换前部分可由双通道发送D／A转换器实现。设计中要实现STM一1(155 Mb／s)的传输速率，选用的双通道发送D／A转换器转换速率应大于155 MS／s。考虑到器件的兼容性，D／A转换器仍从同类产品中选取。考虑到信号恢复和今后系统扩展，选用AD9777。
    根据上述分析，ADL5383与双通道发送D／A转换器AD9777将计算机软件产生的基带I、Q串行数据生成155Mb／s(STM-1)128QAM调制信号，其电路连接如图4所示。

    图4中，AD9777接收来自计算机生成的基带I、Q串行数据组，并经D／A转换分别产生I、Q的模拟信号。该模拟信号经由电阻和电容构成的交流耦合电路后送入正交调制器ADL5383，在其中与LOIP、LOIN馈送入的本振信号正交相乘，最后将正交相乘后的两路信号合成为调制在本振频率上的已调128QAM信号，从VOUT端输出。

4 需注意的问题
    (1)系统利用的ADL5383与D／A转换器AD9777的特性较一致，兼容性较好等特点。在系统设计中，应尽可能选用同一公司的产品，以获得较为一致的温度特性，从而提高硬件电路的稳定性。
    (2)当调整MOAM样点时，通过改变ADL5383的本地振荡输入频率，同时在表1中选取相应的D／A转换器来实现。但是，其基本硬件构成保持不变，具有一定的通用性。
    (3)由于AD9777是模拟和数字混合电路器件，因此在电路板布局时，应注意模拟电路地线和数字电路地线的设置与连接。一般情况下，模拟电路地线和数字电路地线应尽可能短并设置为一点连接，避免引入不必要的噪声而影响模拟电路部分的工作，降低系统的性能。

5 结语
    MQAM利用载波的幅度和相位传递信息比特，在最小距离相同的条件下可实现更高的频带利用率。利用ADL5383与AD9777产生QAM信号，接口电路较为简单，器件之间的兼容性较好；同时可通过改变ADL5383的本地振荡频率实现MQAM样点改变的要求，具有较好的通用性。