基于fpga的數(shù)字中頻接收系統(tǒng) - search readpudncom

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1、文章編號(hào)：1009-8119（2006）01-0043-02基于FPGA的數(shù)字中頻接收系統(tǒng)趙國(guó)棟郭德淳（北京理工大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京100081）摘要對(duì)基于軟件無(wú)線電的數(shù)字中頻接收系統(tǒng)進(jìn)行了討論，對(duì)基于FPGA的數(shù)字下變頻模塊進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并給出了具體設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞軟件無(wú)線電，數(shù)字中頻，數(shù)字下變頻器，F(xiàn)PGA，DDCDigitalIntermediateFrequencyReceivingSystemBasedonFPGAZhaoGuodongGuoDechun（SchoolofInformationandScience，Beiji

2、ngInstituteofTechnology，Beijing100081）AbstractInthispaper，sometechniquesindigitalintermediatefrequencyreceivingsystemwereintroduced。TheDDCbasedonFPGAisstudied,andonespecificdesignisgiventoo.KeywordsSoftwareradio，Digitalintermediatefrequency，CIC，F(xiàn)PGA，DDC31引言軟件無(wú)線電技術(shù)是現(xiàn)代無(wú)線電技術(shù)領(lǐng)域

3、的一次革命，它不僅是軍事研究的課題，而且已成為當(dāng)前新一代無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。軟件無(wú)線電的核心思想是構(gòu)造一個(gè)具有開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái)，將各種功能，如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件來(lái)完成，并使寬帶A/D轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，以研制出具有高度靈活性、開(kāi)放性的新一代無(wú)線通信系統(tǒng)[1]軟件無(wú)線電技術(shù)極大地促進(jìn)了數(shù)字中頻接收技術(shù)的發(fā)展。數(shù)字中頻接收系統(tǒng)采用寬帶中頻結(jié)構(gòu)，對(duì)信號(hào)在中頻進(jìn)行寬帶數(shù)字化處理，不僅在一定程度上簡(jiǎn)化了接收機(jī)前端電路設(shè)計(jì)，而且配以后續(xù)的數(shù)字化處理，具有更好的波形適應(yīng)性、信號(hào)帶寬適應(yīng)性以

4、及可擴(kuò)展性，是近期最為可行的一種設(shè)計(jì)方案。2數(shù)字中頻接收系統(tǒng)數(shù)字中頻接收系統(tǒng)的框圖如圖1所示。ADC數(shù)字下變頻及抽取濾波DSP+軟件中頻輸入基帶信號(hào)圖1數(shù)字中頻接收系統(tǒng)數(shù)字中頻接收系統(tǒng)是由高速ADC模塊、數(shù)字下變頻及抽取濾波處理模塊,以及專用數(shù)字信號(hào)處理（DSP）模塊組成。輸入的模擬中頻信號(hào)先經(jīng)過(guò)高速ADC模塊，在中頻進(jìn)行帶通采樣數(shù)字化，然后進(jìn)行數(shù)字下變頻，將感興趣的信號(hào)轉(zhuǎn)換至基帶，同時(shí)做抽樣率轉(zhuǎn)換及濾波處理，之后由后續(xù)的專用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）進(jìn)基帶信號(hào)處理。中頻采樣由高速ADC來(lái)完成，由于中頻數(shù)字接收系統(tǒng)是對(duì)信號(hào)在中頻進(jìn)行數(shù)字化，因此

5、選用帶通欠采樣（相對(duì)于載波信號(hào)）的方法，用相對(duì)較低的采樣速率來(lái)反映信號(hào)的特性，不僅可以大大降低采樣速率，同時(shí)還可以完成頻譜下搬移的過(guò)程，在很大程度上減少了后面DSP芯片信號(hào)處理的負(fù)擔(dān)。A/D采樣之后的數(shù)字信號(hào)速率非常高，要從這些高速信號(hào)中得到有用的基帶信號(hào)，需要有效地對(duì)其進(jìn)行數(shù)字下變頻、抽取、濾波等處理，這些功能可以采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）來(lái)實(shí)現(xiàn)。FPGA具有較高的處理速度和較高的穩(wěn)定性，同時(shí)又具有設(shè)計(jì)靈活、易于修改和維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，可以適應(yīng)不同的系統(tǒng)的要求，采用靈活的結(jié)構(gòu)滿足不同的需要，提高了系統(tǒng)的適用性及可擴(kuò)展性。專用數(shù)字信號(hào)處理器（

6、DSP）主要是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字基帶信號(hào)處理以及比特流控制、編碼解碼等高速的數(shù)據(jù)交換和處理功能。DSP的運(yùn)算速度和精度決定著系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)也會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要的影響。3在本文所設(shè)計(jì)的中頻數(shù)字化接收系統(tǒng)中，輸入信號(hào)為中頻70MHz，帶寬2MHz，A/D轉(zhuǎn)換器采用AD公司的AD6645,采樣精度14位，采樣頻率60MHz，數(shù)字下變頻模塊將其轉(zhuǎn)換為正交數(shù)字基帶信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)10倍抽取，輸出的6MHz速率數(shù)據(jù)送入專用數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行基帶數(shù)字信號(hào)處理。3基于FPGA的數(shù)字下變頻及抽取濾波設(shè)計(jì)數(shù)字下變頻克服了模擬下變頻中存在的混頻

7、器的非線性和模擬本振的頻率穩(wěn)定度、邊帶、相位噪聲、溫度漂移、轉(zhuǎn)換速率等問(wèn)題，其頻率步進(jìn)、頻率間隔也具有理想的特性，因而得到了廣泛應(yīng)用[1]。數(shù)字下變頻原理框圖如圖2所示。五級(jí)CIC濾波器補(bǔ)償濾波器半帶濾波器圖4多級(jí)抽取濾波整體方案抽取濾波抽取濾波NCO圖2數(shù)字下變頻框圖數(shù)字下變頻由數(shù)字混頻器、數(shù)字控制振蕩器（NumericallyControlledOscillator—NCO）、和抽取濾波部分組成。NCO產(chǎn)生的正交本振信號(hào)輸入到數(shù)字混頻器與輸入信號(hào)進(jìn)行混頻，經(jīng)混頻后的信號(hào)輸出到抽取濾波器以濾除倍頻分量和帶外信號(hào)，并進(jìn)行抽取處理。3.1數(shù)控振

8、蕩器（NCO）數(shù)控振蕩器（NCO）是決定數(shù)字下變頻（DDC）的性能的主要因素之一。NCO的目標(biāo)是產(chǎn)生頻率可變的正交正、余弦樣本，在FPGA中，NCO采用直接數(shù)字頻率