基于FPGA的數(shù)字選頻器設(shè)計(jì)

摘要：提出了一種基于FPGA的數(shù)字選頻器設(shè)計(jì)方案，該數(shù)字選頻器應(yīng)用于八通道的GSM系統(tǒng)直放站，采用低成本的FPGA芯片Xilink Spartan-3A DSP XC3SD3400A進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。給出了較詳細(xì)的硬件設(shè)計(jì)方案，并通過Agilent Technologies N5230A網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)數(shù)字選頻器進(jìn)行了測(cè)量，被選出的有效相鄰信道之間的最小間隔能達(dá)到1MHz，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的選頻功能，可滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。
關(guān)鍵詞：FPGA；數(shù)字選頻器；GSM；直放站

0 引言
隨著移動(dòng)通信的迅速發(fā)展，無論何種無線通信的覆蓋區(qū)域都將產(chǎn)生弱信號(hào)區(qū)和盲區(qū)，要架設(shè)模擬或數(shù)字基站成本太高，基礎(chǔ)設(shè)施也比較復(fù)雜，為此提供一種成本低、架設(shè)簡(jiǎn)單，卻具有小型基站功能的直放站是很有必要的。GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)在我國(guó)經(jīng)過多年的發(fā)展，目前已經(jīng)擁有最大的網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)模、最多的用戶數(shù)、種類多樣的業(yè)務(wù)，在我國(guó)移動(dòng)通信市場(chǎng)中占有重要的地位。本文對(duì)GSM直放站的數(shù)字無線選頻器進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到低成本擴(kuò)大無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的目的。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
GSM900中上下行信道各120個(gè)，帶寬為24 MHz，其中上行頻段為885～909 MHz，下行頻段為930～954 MHz，數(shù)字選頻器工作效果示意圖如圖1所示。

如圖1所示，數(shù)字選頻器就是僅放大選中的頻段，抑制未選中的頻段，實(shí)現(xiàn)降低信道間干擾的目的。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。數(shù)字選頻系統(tǒng)主要由A／D模塊、FPGA可編程邏輯器件模塊、D／A模塊以及MCU管理模塊四部分組成。

軟件無線電的思想是將無線電收發(fā)信機(jī)的數(shù)字化點(diǎn)(A／D／A)盡可能靠近天線，理想的情況是在天線的后端進(jìn)行射頻采樣，數(shù)字化之后，所有的處理都可以用很靈活的方法實(shí)現(xiàn)。但是由于目前ADC器件性能的限制，還無法達(dá)到在射頻端進(jìn)行數(shù)字化，在中頻實(shí)現(xiàn)數(shù)字化是一個(gè)較妥的方案。
GSM直放站數(shù)字選頻系統(tǒng)就是利用數(shù)字處理的手段實(shí)現(xiàn)濾波器功能，以替代現(xiàn)有直放站中的模擬選頻模塊。本系統(tǒng)通過AD6655接收下變頻后的模擬中頻信號(hào)，通過A／D采樣將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，采樣頻率為122．88 MHz。然后由FPGA按預(yù)定算法對(duì)來自AD6655的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，處理后的結(jié)果再由AD9779轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。MCU通過SPI接口對(duì)AD6655，AD9779和AD9516的寄存器進(jìn)行配置，并與FPGA之間進(jìn)行通信。