论文研究-软件无线电接收机设计实现 .pdf

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软件无线电接收机设计实现,王百戈,吕玉琴,本文主要工作是设计实现一套具有宽频率覆盖能力、大动态接收范围、普遍适用的软件无线电接收机。设计工作体现了软件无线电系统的
国科技论又在线 混频器 有源低通滤波器其带ADC Coset 分路器 DDS 混频器 有源低通滤被器基带ADC 图直接数字频率合成基带采样方案 三是专用数字下变频器中频采样方案,图所示为公司集成芯片 其中一个通道的结构框图。这种方案的中频采样、数字正交下变频混频、低通滤波、正交冋 相支路信号合成等部件都集成到了单芯片的内部,以专用集成电路()的形式出现, 当然这种芯片具有较高的可编程能力,可以配買转换器采样频率,设置滤波器截止频率 改置釆样率转换比等。此方案相对于前两和方案的优势是比较明显的,即中频数字化之后, 首先是正交下变频的通道匹配可以得到保证,因为两路信号在数字域的分配只是一份拷贝而 ,没冇模拟电烙上的不确定性。其次,木振使用高相位分辨率(比特频率控制字)的 数宁化的解决方案,止交性得到很島的保证。最后是低通滤波器,由于使用数字组合滤波器, 可以达到很理想的低通特性和可配置性。 ADD FD0:3A DVDD DRVDD TD OITSTIIACSIIOLD DETECT VITA LP/HP ADC DECIMATING VINA H: FILTER DoA DIVDE1 C CLK+ SENSE○ ○cLK MONITOR TUNING NCO UT了 CML C O SELECT I STABILZER ENERATION O DCOB 图专用数字下变频—屮频采样方案 四是现场可编程门阵列中频采样方案,如图所示。此方案也是使用中频数竽化的 方式,中频釆样使用高性能的专用转换器,而数字下变频以及后续数字信号处理使用 来实现。由于当前 可以达到百万门级的规模,并且在设计方式上可以使用 核,大大简化了设计工作量。而且, 具有优良的可重配置性,以及高度并行的特点, 适合做前端数字信号处理,方案三中用专用电路实现的数字处理部分都可以使用 来完 成 国科技论又在线 数字部分(FPGA 混频器低通滤波 Coset) An转换器 合成器 本振 混频器低通滤波移相 图现场可编程门阵列—中频米样方案 综合比较四和方案,后两种方案在通道兀配性能、中频可编程性、基带滤波器可配置性 都要优于前两种方案,更趋近于软件无线电的概念。而第四和方案和第三种方案相比,优点 在于可以实现中频带宽的可编程性,而不仅仅是使用单一的宽带高中频方式,这样能够提高 接收机的选择性,增加系统信噪比。只体的做法如图所小: 数字部分(FPGA 混频器 sLwt A转换器 中频 窄带 带 通 Sin(wt) 滤波 波 混频器 图可变中频带宽实现方案 图中,在中频级和前级射频级联的时候,由于需要在中频完成信道滤波,就必须选用 中频带宽固定的声表面波滤波器或者滤波器。这样,对于不同的通信信号带宽,信道的 选择性就只能满足信号带宽最宽的那种方式,造成窄带信号的信噪匕下降,因此,在中频选 择能力上还缺乏可配置性。 相比于 方案, 就只有更高的设计灵活性。信号经过带通采样后,首先要通 过一个数字带通滤波器。由」带通采样频谱搬移后的信号处在低中频段,并且此带通滤波器 在数字域实现,可以很容易根据信号的带宽实现相应的中频带宽重配置。通过这种方式,结 国科技论又在线 合前面的声表面波滤波器或者带通滤波,就可以实现高性能的可变带宽的中频滤波。 通用的无线接收机平台,需要具有最大限度的当适性、可编程性。结合前面的分析,本 设计选择第四种实现方案,即由 和独立 实现的中频数字化完全可编程方案。 这里就可以给出完整的系统设计结构图,如图所示 模拟部分(分离元件) 数字部分(FPGA) 混频器低通滤被 低噪声 放大器混器滤波器 AD转换器 C 合成器 本振 段选择 放人器 混频器低通滤波移怕 图软件无线电接收机完整方案 其中,低噪声放大器使用 ,混频器使用 ,可变增益放大器使用 级本振使用 和 ,转换器使用 使用 接收机系统具有 的频率覆盖能力,模拟前端具有 增益和动态范围,转换器还具有至少无杂散动态范围。 实际测试结果 本测试主要针对模拟前端进行,测试仪器使用安捷伦的频谱分析仪 ),接收信号选用比较典型的音频调频广播信号和地面电视广播信号。下面给 出经过下变频、放大后两种信号,如图和图所示 图中,标号显示的是 是经过了 的下变频混频后得到的。实际对 ,为北京新闻台的音频调频信号,绎接收放大后信号强度为 (探头衰 减),信噪比非常高。 图显小为中央电视台少儿频道频谱图,实际图像载频频点为 ,经过下变频 变换到 的位置。图中标号显小的是其伴音信号,频点为 ,比图像载频频 点高 国科技论又在线 Agilent 05: 10: 30 0g-18-200g Save 20.日0H Ref 0.00 dBn Atten 2] CB Save hi Peak Type dB/ Screen MWWW减N Hamer Cerr·22.50料H 25.00MH tRes bu 100.0 khz Bk 3.000 khz Return 图音频调频广播信号 Agilent 05: 32: 1 08-18-200 Mkr 1 MH7 Ref 0.00 dBn Atten 20 CE 58.38dBm Save How Peak Type Screen W1 S Hamer Center :2.50 Mhz San 25.00 Mhz #R300.0kHz#3.300kHz 5 Jeep 69. ms Return 图地面广播电视信号 国科技论又在线 结论 通过测试结果看,接收信号的信噪比都比较高,而且在前端放大器没有开启最大增益的 情况下,信号强度也达到了 的无杂散动态范围底线( )。总的来说,接收机达 到了改计目标。接收机的动态范围在后端使用髙分辨率情况下可以满足当前大多数公 共无线通信信号的接收。此外,还能够在使用低分辨率吋满足小动态范围的正常接收 该接收机的实现不仪为基站接收机、频谱分析仪等应用设计提供实用参考价值,也为软件无 线电及认知无线电提供了一套实用的算法研究平台。 参考文献 姜宇柏,游思晴等编著.《软件无线电原理与工程应用》[].机械工业岀版社, 肖维民等.软件无线电综述[].电子学报,年,第期 著,李晋文等译.《无线网络射频工程》[].北京:人民邮电出版社

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