基于虛擬無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的多媒體收音接口卡設計

摘要：介紹了一種基于虛擬無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的多媒體收音接口卡設計方法，可以接收調幅和調頻信號，試驗調試表明，接收效果良好。
關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線(xiàn)電 虛擬無(wú)線(xiàn)電 多媒體收音接口卡

軟件無(wú)線(xiàn)電是一種基于寬帶Ａ／Ｄ器件、高速ＤＳＰ芯片，以軟件為核心的嶄新的體系結構。其基本思想就是將寬帶Ａ／Ｄ盡可能地靠近射頻天線(xiàn)以便將接收到的模擬信號盡可能早地數字化，盡量通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現電臺的各種功能。主要特點(diǎn)有：靈活性、適應性、開(kāi)放性。

虛擬無(wú)線(xiàn)電與軟件無(wú)線(xiàn)電的主要區別就是利用通用微機代替高速ＤＳＰ芯片，完成各種功能，其靈活性、通用性和開(kāi)放性比軟件無(wú)線(xiàn)電有過(guò)之而無(wú)不及。相信隨著(zhù)通用微機運算速度的不斷提高，虛擬無(wú)線(xiàn)電技術(shù)必將得到更加廣泛的應用。

１ 多媒體收音接口卡設計思想

我們根據虛擬無(wú)線(xiàn)電的基本原理設計了一個(gè)可接收調幅、調頻信號的收音接口卡，利用微機所帶的音箱或耳機等設備可構成一個(gè)多媒體收音機。其組成框圖見(jiàn)圖１。

１．１ 數據采集部分

數據采集部分主要由數控放大器和模／數轉換器ＡＤ６６４０構成，負責完成數據采集工作。數控放大器分ＡＭ功放通道和ＦＭ通道兩路，由微機根據選臺情況選擇通道。其可調增益最大范圍：２０～６０ｄＢ，使信號穩定在大約０．８Ｖ（因為ＡＤ６６４０輸入峰峰值Ｖ＝２Ｖ），以增加采樣后的有效比特數。根據微機所送ＡＧＣ控制字不同，增益大小可不斷調節控制。ＡＤ６６４０是ＡＤ公司生產(chǎn)的新一代模數轉換器件，分辨率１２ｂｉｔ，采樣速率可達６５ＭＳＰＳ，在５Ｖ供電時(shí)功耗僅為７１０ｍＷ。

１．２ 數字下變頻器

由于受微機運算速度的影響，若將采樣的數據直接送計算機處理，實(shí)時(shí)性難以保證。為此我們采用美國Ｈａｒｒｉｓ公司生產(chǎn)的專(zhuān)用可編程下變頻器ＨＳＰ５０２１４Ｂ對采樣數據做必要的預處理后再通過(guò)ＰＣＩ總線(xiàn)送微機，其主要完成功能是將ＩＦ數據下變頻成基帶數據。ＨＳＰ５０２１４Ｂ包括以下功能模塊：輸入單元、電平檢測、載波數字壓控振蕩器（ＮＣＯ）、級聯(lián)積分／梳狀濾波器（ＣＩＣ）、５個(gè)可選半帶濾波器（ＨＢ）、２５５階可編程ＦＩＲ濾波器、自動(dòng)增益控制（ＡＧＣ）、重采樣濾波器／插值半帶濾波器、重采樣ＮＣＯ、坐標變換以及輸出單元。其結構框圖如圖２所示。

該芯片前端處理速度高達６５ＭＳＰＳ，后端處理速度最高達５５ＭＳＰＳ，總的抽取因子范圍：４～１６３８４，輸出采樣速度可達１２．９４ＭＳＰＳ，輸出低通帶寬最寬為９８２ｋＨｚ（ＩＦ帶寬１．９６ＭＨｚ）。最高支持１４ｂｉｔｓ的字長(cháng)的數據并行輸入，輸出形式靈活多樣。即可并行輸出又可串行輸出，可選擇輸出幅度、相位、頻率或正交Ｉ、Ｑ兩路數據等所需信息。另外，ＨＳＰ５０２１４Ｂ還內帶電平檢測器，可為Ｉ．Ｆ．自動(dòng)增益控制提供支持?？傊?，ＨＳＰ５０２１４Ｂ功能非常強大，使用相當靈活，可用于解調ＡＭ、ＦＭ、ＦＳＫ和ＤＰＳＫ等多種信號。

１．３ Ｓ５９３３與ＰＣＩ總線(xiàn)簡(jiǎn)介

ＰＣＩ總線(xiàn)獨立于處理器，具有很高的數據傳輸速率；采用高度綜合優(yōu)化的總線(xiàn)結構，保證系統各部件之間的運作可靠，并與現有總線(xiàn)完全兼容。

ＡＭＣＣ公司生產(chǎn)的Ｓ５９３３是一種功能強、使用靈活的ＰＣＩ總線(xiàn)控制器專(zhuān)用芯片。該芯片符合ＰＣＩ局部總線(xiàn)規范２．１版，可作為ＰＣＩ總線(xiàn)目標設備（Ｓｌａｖｅ），實(shí)現基本的傳送要求。也可作為ＰＣＩ總線(xiàn)主控設備（Ｍａｓｔｅｒ），訪(fǎng)問(wèn)其他ＰＣＩ總線(xiàn)設備。Ｓ５９３３的峰值傳送速率為１３２ＭＢ／ｓ（３２位ＰＣＩ數據線(xiàn)），完全滿(mǎn)足ＨＳＰ５０２１４Ｂ與微機之間的數據傳送要求。

１．４ 微機和譯碼控制電路

微機除要完成對ＨＳＰ５０２１４Ｂ的初始化、寬帶功放控制任務(wù)外，還要完成選臺控制、語(yǔ)音輸出等功能。為此，需要編制配備必要的設備專(zhuān)用驅動(dòng)程序，以便完成后臺操作，而不影響其它工作。譯碼控制電路選用美國ＡＬＴＥＲＡ公司的ＥＰＭ７１２８ＳＱＣ－１０，完成地址譯碼和其它控制任務(wù)。

２ ＡＭ信號解調流程

標準幅度調制是最基本的調制方式之一，多用于無(wú)線(xiàn)電廣播系統。已調制信號的時(shí)域表達式為：ＳＡＭ（ｔ）＝Ａ［１＋ＫＡＭｆ（ｔ）］ｃｏｓ（ｗ０ｔ＋θ０），其ｗ０為載波頻率；θ０為載波起始相位；ＫＡＭ為調制系數。為了實(shí)現滿(mǎn)意的調制和解調，要求基帶信號的幅度最大值滿(mǎn)足如下條件：

│ＫＡＭｆ（ｔ）│ｍａｘ＜１，否則，將會(huì )出現過(guò)調制，從而出現過(guò)調幅失真。ＡＭ信號可直接采樣，其解調流程詳見(jiàn)圖３。

３ ＦＭ信號的解調流程

調頻波的解調也叫鑒頻，其目的是從調頻波中不失真地恢復調制信號。我們采用的ＦＭ解調流程如圖４所示。

由于調頻廣播載波頻率太高，必須采用欠采樣技術(shù)才能滿(mǎn)足ＨＳＰ５０２１４Ｂ實(shí)時(shí)處理要求。所謂欠采樣技術(shù)就是對于帶通信號（頻率范圍：ｆＬ＜ｆ＜ｆＨ）而言，抽樣頻率只要滿(mǎn)足：2ｆh / K≤ｆｓ≤2ｆL / K-1（Ｋ為整數且２≤Ｋ≤ｆＨ / ｆH－ｆＬ,ｆH-ｆL≤ｆＬ)就可保證采樣后的頻譜不產(chǎn)生折疊，從而無(wú)失真地恢復出調制信號。這對于減小運算量是很有好處的，但對接收機抗混疊濾波器要求較高。我們設輸入離散數字信號為：

　

其中，Δω表示實(shí)際中心頻率偏離理想情況的漂移量大小。

經(jīng)坐標變換，取相位量：



圖４中數字鑒頻器的數學(xué)模型為：Ｈ（ｚ）＝１－Ｚ－Ｄ，其中Ｄ為可編程設定的延遲因子，取值范圍１～８。該鑒頻器的頻率響應動(dòng)態(tài)范圍是：ＲＡＮＧＥ鑒頻器＝ＣＷＦｓａｍｐｏｕｔ／(Ｄ＋１)，其中ＣＷ是選取的中心頻率，Ｆｓａｍｐｏｕｔ是鑒頻器ＦＩＲ濾波器的輸出采樣速率。瞬時(shí)相位輸入數字鑒頻器后的輸出為：



如果合理選擇采樣速率和Ｄ取值，使在ｎ－Ｄ＋１～ｎ范圍內ｆ(ｉ)值相等或變化很小，則上式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：Ｆ(ｎ)＝ΔωＤ＋ＤＫＦＭｆ(ｎ)
　
從上式可知：若Δω不為零，必然會(huì )引進(jìn)干擾。一般頻率漂移是一個(gè)慢變化的過(guò)程，則Δω是一緩慢變化的低頻信號。只要頻率穩定度滿(mǎn)足一定要求（慢變），就可保證Δω落在有用信號頻帶之外，從而可以利用高通濾波去掉該干擾，這樣就解調出了ＦＭ信號。
總之，通過(guò)試驗樣板調試表明，該虛擬無(wú)線(xiàn)電收音接口卡解調ＡＭ、ＦＭ信號效果良好，外部配備上天線(xiàn)就可以為計算機增加虛擬收音機功能，從而進(jìn)一步增強了微機的多媒體效果。