基于GC5016的并行多通道接收機(jī)研究

摘要：給出了并行多通道接收機(jī)方案，以多速率信號(hào)處理理論為基礎(chǔ)，采用了寬帶中頻帶通采樣的軟件無線電架構(gòu)。使用TI的數(shù)字上／下變頻轉(zhuǎn)換器GC5016作為接收機(jī)的核心芯片，主要介紹了GC5016的結(jié)構(gòu)和功能，及其作為數(shù)字下變頻器的使用，重點(diǎn)對(duì)CIC和PFIR兩種濾波器在抽取重采樣和濾波整型中的作用進(jìn)行了理論分析和仿真研究。CPLD作為主要的外圍器件，產(chǎn)生配置時(shí)序，在上位機(jī)的控制下完成重配置功能。設(shè)計(jì)大量采用可編程器件，具有較高的集成度、靈活性和廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：軟件無線電；多速率信號(hào)處理；CIC濾波器；PFIR濾波器；GC5016

0 引言
軟件無線電(Software Radio)，也稱軟件定義的無線電(Software Defined Radio)，是一種既能夠兼容多種制式的無線通信設(shè)備，也能夠滿足未來個(gè)性化通信需求的無線通信體系結(jié)構(gòu)及技術(shù)。20世紀(jì)90年代初，美國MITRE公司的首席科學(xué)家J．Mitola首先提出這個(gè)概念。它足將模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的硬件單元以總線或者交換方式連接起來構(gòu)成的通用平臺(tái)，通過在這種平臺(tái)上加載模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的軟件，實(shí)現(xiàn)各種無線通信功能的一種開放體系結(jié)構(gòu)及技術(shù)。
促使軟件無線電產(chǎn)生和發(fā)展的原因主要包括軍事、民用、技術(shù)和市場需求住內(nèi)的現(xiàn)實(shí)需求以及大規(guī)模集成電路、個(gè)人計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)、高速數(shù)字信號(hào)處理、新型軟件工程方法、現(xiàn)代控制論等技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物。

1 中頻接收機(jī)總體設(shè)計(jì)
軟件無線電的基本思想就是盡可能地簡化射頻模擬前端，使A／D變換盡可能地靠近天線，盡早地完成模擬信號(hào)的數(shù)字化，并對(duì)其盡可能多地用軟件進(jìn)行處理。可以看出，A／D起著最為關(guān)鍵的作用，但目前A／D的性能無法實(shí)現(xiàn)射頻直接采樣，所以目前的軟件無線電接收機(jī)采用了折衷方案，大都是在中頻上完成數(shù)字化。本研究針對(duì)的是已完成模擬下變頻的70MHz或者140MHz的中頻信號(hào)。硬件的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。4路A／D對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行采樣，并送入GC5016完成數(shù)字下變頻，F(xiàn)PGA完成部分基帶信號(hào)處理，在PCI9054橋接芯片的控制下通過PCI總線將處理后的數(shù)據(jù)送入PC機(jī)進(jìn)行再處理。同時(shí)，PC上位機(jī)通過PCI總線控制CPLD對(duì)GC5016和FPGA進(jìn)行配置和重配置，具有一定的可重構(gòu)性。

盡管采用了中頻帶通采樣技術(shù)，但相對(duì)于FPGA或者DSP處理能力來說，數(shù)據(jù)速率仍然太高，很難滿足實(shí)時(shí)性要求。一個(gè)實(shí)際的無線信號(hào)帶寬有限，對(duì)單信號(hào)采樣時(shí)所需的采樣率并不高，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取，以降低采樣率是完全可行的。多速率信號(hào)處理中的抽取理論是軟件無線電接收機(jī)的理論基礎(chǔ)。圖2是一個(gè)完整的D倍抽取器結(jié)構(gòu)圖，圖中HLP(ejw)為其帶寬小于π／D的低通濾波器，是濾除信號(hào)頻譜中高于π／D的部分，用以防止采樣率降低后信號(hào)頻譜造成的混疊。