基于GC5016的并行多通道接收機研究

摘要：給出了并行多通道接收機方案，以多速率信號處理理論為基礎，采用了寬帶中頻帶通采樣的軟件無線電架構。使用TI的數字上／下變頻轉換器GC5016作為接收機的核心芯片，主要介紹了GC5016的結構和功能，及其作為數字下變頻器的使用，重點對CIC和PFIR兩種濾波器在抽取重采樣和濾波整型中的作用進行了理論分析和仿真研究。CPLD作為主要的外圍器件，產生配置時序，在上位機的控制下完成重配置功能。設計大量采用可編程器件，具有較高的集成度、靈活性和廣泛的應用前景。
關鍵詞：軟件無線電；多速率信號處理；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備，也能夠滿足未來個性化通信需求的無線通信體系結構及技術。20世紀90年代初，美國MITRE公司的首席科學家J．Mitola首先提出這個概念。它足將模塊化、標準化和通用化的硬件單元以總線或者交換方式連接起來構成的通用平臺，通過在這種平臺上加載模塊化、標準化和通用化的軟件，實現各種無線通信功能的一種開放體系結構及技術。
促使軟件無線電產生和發展的原因主要包括軍事、民用、技術和市場需求住內的現實需求以及大規模集成電路、個人計算機及其網絡、高速數字信號處理、新型軟件工程方法、現代控制論等技術進步的產物。

1 中頻接收機總體設計
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的數字化，并對其盡可能多地用軟件進行處理。可以看出，A／D起著最為關鍵的作用，但目前A／D的性能無法實現射頻直接采樣，所以目前的軟件無線電接收機采用了折衷方案，大都是在中頻上完成數字化。本研究針對的是已完成模擬下變頻的70MHz或者140MHz的中頻信號。硬件的總體設計框圖如圖1所示。4路A／D對中頻信號進行采樣，并送入GC5016完成數字下變頻，FPGA完成部分基帶信號處理，在PCI9054橋接芯片的控制下通過PCI總線將處理后的數據送入PC機進行再處理。同時，PC上位機通過PCI總線控制CPLD對GC5016和FPGA進行配置和重配置，具有一定的可重構性。

盡管采用了中頻帶通采樣技術，但相對于FPGA或者DSP處理能力來說，數據速率仍然太高，很難滿足實時性要求。一個實際的無線信號帶寬有限，對單信號采樣時所需的采樣率并不高，對采樣數據進行抽取，以降低采樣率是完全可行的。多速率信號處理中的抽取理論是軟件無線電接收機的理論基礎。圖2是一個完整的D倍抽取器結構圖，圖中HLP(ejw)為其帶寬小于π／D的低通濾波器，是濾除信號頻譜中高于π／D的部分，用以防止采樣率降低后信號頻譜造成的混疊。