多通道頻率檢測技術的FPGA實現

摘要：多通道頻率檢測是當前數字接收機的一種常用的頻率測量方案，該方法可以較好地解決頻率截獲概率與頻率分辨力的矛盾，并在復雜的電磁環境中具有處理多個同時到達信號的能力。文中給出了基于FPGA來實現多信道頻率測量的具體方案。該方案能夠充分發揮FPGA硬件資源豐富的特點，并且易于實現并行處理，可大幅度提高系統的處理速度。
關鍵詞：多通道；頻率檢測；信道化；FPGA

0 引言
在數字接收機的各種參數中，頻率是最重要的參數之一，它能反映接收機的功能和用途、以及頻譜寬度等重要指標。傳統的順序測頻技術一般通過對接收機頻帶的掃描，對頻域進行連續取樣。該方法原理簡單，技術成熟，但是，其頻率截獲概率與分辨力的矛盾難以解決，無法實現全概率信號截獲。而多信道化的頻率檢測技術屬于瞬時測頻，其架構是采用多個頻率窗口(多個信道彼此銜接相鄰)來覆蓋接收機的整個頻段，這樣，當信號進入任一個窗口時，該窗口的頻率值即可被檢測出。因此，該方法可解決頻率截獲概率與頻率分辨力的矛盾，同時也為實現全概率頻率捕獲提供了一種參考方案。

1 多信道模型
當一個實信號經過A／D采樣之后，再進行正交下變頻處理，即可得到I、Q兩路相位正交信號，它們所構成的是一個復信號。該復信號的信道化示意圖如圖1所示。

圖1所示的信道是一種相互交疊的信道，它們涵蓋了整個零中頻信號的頻率范圍。一般情況下，多信道往往采用數字濾波器組來實現，但該方法需要設計M(M為信道數)個中心頻率不同，而其它性質完全相同的帶通濾波器。這種結構設計過于復雜，同時還加大了后續信號處理的運算速度，對實時處理極為不利。而數字濾波器組的低通型實現方法則是先將每個通道乘以一變換因子，就相當于將實際信號搬移到零中頻，然后再通過LPF得到該頻率信號。該方法可對帶通信號的頻段進行信道化分離，但是帶來的新問題是當LPF用FIR濾波器實現M個濾波運算時，將占用較大的硬件資源，而且系統工作效率較低。目前，該結構已被高效DFT多相濾波器組結構所代替。
圖2所示是一種具有普遍性的基于DFT多相濾波器組的信道化高效結構，從圖2中可以看出，在濾波之前，先對數據進行D倍抽取可降低濾波過程的運算量，gn(m)是低通原型濾波器hLP(n)的多相分量，其階數可減小到原來的1／D，因而DFT可以用FFT實現。事實上，在此結構中，系統的復雜度和數據速率大大降低，實時處理能力得到了提高。