寬帶信道化接收機(jī)研究與實(shí)現(xiàn)
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3 信道化接收機(jī)硬件平臺
3．1 硬件系統(tǒng)
由矢量信號源(JUNG JIN SG-1710)產(chǎn)生0～200 MHz的信號，經(jīng)過變壓器后進(jìn)入A／D，輸出LVDS數(shù)據(jù)和同步時(shí)鐘給FPGA。通過壓控振蕩器，產(chǎn)生200MHz的差分時(shí)鐘驅(qū)動A／D。A／D轉(zhuǎn)換器選取LTC2242-10，它是Linear公司推出的10位250 MSPS，高IF采樣模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，該器件提供1.2GHz模擬輸入帶寬，需要2.5V的工作電源。FPGA采用的是Altera公司的StratixⅡ系列的EP2S60F484，等級為C5。壓控振蕩器采用A／D公司的AD9516-3，AD9516-3提供多路輸出時(shí)鐘分配功能，具有亞皮秒級抖動性能，還配有片內(nèi)集成鎖相環(huán)(PLL)和電壓控制振蕩器(VCO)。AD-9516-3提供4路LVDS輸出的工作頻率達(dá)800 MHz，在該系統(tǒng)中LVDS輸出200 MHz的時(shí)鐘驅(qū)動A／D。系統(tǒng)硬件框圖如圖6所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/191185.htm
3．2 硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
根據(jù)多項(xiàng)濾波器組理論和Matlab程序仿真的結(jié)果，在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)寬帶信號的信道化。中頻化的信號通過變壓器經(jīng)AD采集后輸出差分?jǐn)?shù)據(jù)。由圖2數(shù)字信道化接收機(jī)實(shí)現(xiàn)框圖可知，在0～200 MHz的范圍內(nèi)均勻信道化成16個信道，因此需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行16／2即8倍的抽取，又由于100～200 MHz是0～100 MHz的鏡像，所以8信道是0信道的一個延遲，9信道是1信道的一個延遲，以此類推，15信道是7信道的一個延遲。所以經(jīng)過抽取的數(shù)據(jù)將出現(xiàn)50％的覆蓋，在FPGA內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)方法如圖7所示。
圖7中每個單元為10位的D觸發(fā)器，第一級采用一個時(shí)鐘clk8x，第二和第三級采用時(shí)鐘clk1x，即為第一級時(shí)鐘的8分頻，時(shí)鐘的分頻和相位設(shè)置可以通過FPGA內(nèi)部的PLL設(shè)置。
根據(jù)圖2，抽取到的數(shù)據(jù)需要濾波，根據(jù)多項(xiàng)濾波理論，抽取后的每個信道需要和原型低通濾波器的系數(shù)做卷積。由圖4可知該FIR濾波器的特性，根據(jù)Matlab計(jì)算得到該濾波器的96階系數(shù)，經(jīng)過8倍抽取和2倍內(nèi)插補(bǔ)0，生成16×12的矩陣。得到的矩陣的每一行作為相應(yīng)信道的卷積系數(shù)，卷積的實(shí)現(xiàn)過程如圖8所示。
圖8中第一級的模塊為10位的D觸發(fā)器，第二級為乘法器，第三級為加法器，每一級的時(shí)鐘采用相同的時(shí)鐘。
由于多項(xiàng)濾波結(jié)構(gòu)的特性，每個信道卷積后需要做并行的FFT計(jì)算，所以不能使用QuartusⅡ自帶的IP核FFT模塊，因?yàn)槠渥詭FT模塊是串行計(jì)算的，而且最小支持64點(diǎn)的計(jì)算。
FFT的程序編寫由復(fù)數(shù)乘法器和D觸發(fā)器組成，這里用到16點(diǎn)的FFT有4級，每一級都要舍位保留一位符號位，因?yàn)闊o限制的保留數(shù)據(jù)位會造成FPGA的資源不夠，所以不僅需要通過計(jì)算調(diào)整舍位，還要確保精度。
圖9和圖10顯示了A／D采集到的數(shù)據(jù)和信道化后的數(shù)據(jù)。
圖9為矢量信號源發(fā)生器產(chǎn)生的在第0個信道上的正弦信號，顯示的是經(jīng)過A／D采集后FPGA讀取到的數(shù)字信號用SignalTapⅡ顯示。
4 結(jié)論
文中給出寬帶信道化接收機(jī)在Matlab環(huán)境下的算法和精度仿真，驗(yàn)證了算法的可行性。并根據(jù)軟件無線電思想搭建信道化接收機(jī)硬件平臺，實(shí)現(xiàn)了寬帶信號的信道化，實(shí)現(xiàn)了對0～100 MHz頻率范圍的中頻信號8信道的數(shù)字信道化。根據(jù)仿真結(jié)果和實(shí)際硬件測量得到的結(jié)果，表明該信道化接收機(jī)具有良好的檢測能力，也證明寬帶信道化接收機(jī)的在非協(xié)作通信中的檢測能力和應(yīng)用意義。
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