基于FPGA的短波数字接收机.pdfVIP

258 7．FPGA技术的应用 7．5基于FPGA的短波数字接收机 徐飞张雷鸣段晓辉马猛余道衡 北京大学信号与信息处理实验室 100871 摘要：本文分析比较了射频采样短波全数字接收机各种实现方案的优缺点．提出了以^ltera公司的FPGA 收和解调，灵敏度可达一80dBm． 关键词：SOPC射频采样数字下变频 一己f‘鲁、 JI 12：1 觚波通信主要使用频段3～30MHz，1e中灭波传播传播趴离檄远，闲嘶砷!军事，I：成用·I·分广泛lII．我固军 队装备的人置小州类型的短波IU弁由十小能互通，严重影响r协J川作战能力f翔．姚波数?接收机有三种结构； 射额低通采样结构唧、射频带通采样结构、中频带通采样结构m．针对以．I：阔题，．奉文采用．，射频带通采样的 结构，塔置简化模拟前端，提高数j，化程度．容易。引Il体制相兼容，适心性人人增强Ⅲ． 接收机采样届速率商达每秒几‘I。兆比特。进行混频和滤波Je运算羹足H人的，对处理能力要求很商，目 而通用性稳定性下降，州}I寸体积和成奉都不能令人满意；ASIC-t-DSP方案的提jIj_I：改善．rDSP处理性能的不 足。但是ASIC硬件灵活性较差，价擀昂贵；FPGA+DSP方案兼顾丫商住能和灵活性，但稳定性和成奉较单 片系统仍存在劣势． FPGA 为了解决这些问题，本文提fIl了基于SOPC的令数!≯接收机方案，第一，接收机拿部的功能集成JE 内部实现，是真iI三单片系统，火人缩小了I【l路板的体积和复杂度；第二，系统分工明确，数据的下变频解调 全部由FPGA内部的硬件t乜路实现，模拟前端臾负责将射频信垮AGC放人并采样，除此之外对解调过程不做 任何干预I第三，FPGA系统具有极人的灵活性．可以业改内部结构，进一步增强系统性能． 现有解决方案比较‘蝴 1．并行DSP方案Ⅲ 采用并行DSP方案是比较成熟的方案，多J．．DSP以某种结构互联构成系统．射频信号经过AD后送入系 统，在同一条指令(SIMD)或不刚指令(MIMD)的控制下对同一信·蛩的不同分量同时进行处理，从而．扶得 很高的处理速度．这种方案的优点是软件编程方便，性能好嘲，但缺点同样突Ⅱ；，很难在硬件层次提高系统 性能，且功耗大、成本高，稳定性较差、体积较人． 2．ASIC+DSP方案 该方案在射频AD采样后首先经过下变频ASIC芯片将商速数据变频到基带，同时抽取采样点降低采样速 率，然后送入通用DSP进行后续的解调，载波提取等数据处理．该方案优点是ASIC的处理速度可以很高， 抽取因子可以编程设定，降低了对DSP性能的要求，缺点是ASIC灵活性差，虽然可以设定下变频参数，但 不能从算法上优化，而且使用ASIC使系统成奉较高． 3．DSP+FPG^方案州 DSP与FPGA的结合是时下流行的方案，DSP芯片的结构本质上是串行的，而FPGA可以并行处理数据， 具有更高的密度和更快的工作速度，因而DSP芯片适于实现算法中结构复杂的功能。而FPGA则适于实现算 法中计算量大、实时性要求高的部分．该方案在应用中有多种功能划分方式，比如可以将高速下变频用FPGA 来实现，降速率后送给DSP完成后续算法#也可以将更多的功能诸如逻辑的控制也交给FPGA实现．优点是 灵活性大，性能在软件硬件层面都可以改进．通用性很强，但是系统采用双芯片来实现，在一定程度上降低 了稳定性． 4．SOPC方案 SOPC系统分为软件和硬件两部分，软件部分的功能是进行小量的数据交换和与其它模块通信．硬件部 全固第妻三篙主乏姜纂煺联合学赫论媳 2；9 分实现的功能足对解调过程中物理底层竹吁的处理传输．这种方案无论软件还足碰件部分都可以根据需要灵 Nios II软核，使得嵌入式系统的硬件IU路业加简单存效i软件议计变褂轻松移植性业强．所有下变频解调功 低_r成奉． 表I中对再种短波敖j，接收方案进行丫综含比较，．’i】C他方；艇相比，SOPC方案具有速度快，体积小、 成本低等优越的特点． 寰I鲁种短波数字