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(wú)線(xiàn)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(diǎn)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(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(guān)鍵詞：軟件無(wú)線(xiàn)電；多速率信號處理；CIC濾波器；PFIR濾波器；GC5016

0 引言
軟件無(wú)線(xiàn)電(Software Radio)，也稱(chēng)軟件定義的無(wú)線(xiàn)電(Software Defined Radio)，是一種既能夠兼容多種制式的無(wú)線(xiàn)通信設備，也能夠滿(mǎn)足未來(lái)個(gè)性化通信需求的無(wú)線(xiàn)通信體系結構及技術(shù)。20世紀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、標準化和通用化的硬件單元以總線(xiàn)或者交換方式連接起來(lái)構成的通用平臺，通過(guò)在這種平臺上加載模塊化、標準化和通用化的軟件，實(shí)現各種無(wú)線(xiàn)通信功能的一種開(kāi)放體系結構及技術(shù)。
促使軟件無(wú)線(xiàn)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(chǎng)需求住內的現實(shí)需求以及大規模集成電路、個(gè)人計算機及其網(wǎng)絡(luò )、高速數字信號處理、新型軟件工程方法、現代控制論等技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物。

1 中頻接收機總體設計
軟件無(wú)線(xiàn)電的基本思想就是盡可能地簡(jiǎn)化射頻模擬前端，使A／D變換盡可能地靠近天線(xiàn)，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(jìn)行處理?？梢钥闯?，A／D起著(zhù)最為關(guān)鍵的作用，但目前A／D的性能無(wú)法實(shí)現射頻直接采樣，所以目前的軟件無(wú)線(xiàn)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(jìn)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(guò)PCI總線(xiàn)將處理后的數據送入PC機進(jìn)行再處理。同時(shí)，PC上位機通過(guò)PCI總線(xiàn)控制CPLD對GC5016和FPGA進(jìn)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(shù)，但相對于FPGA或者DSP處理能力來(lái)說(shuō)，數據速率仍然太高，很難滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求。一個(gè)實(shí)際的無(wú)線(xiàn)信號帶寬有限，對單信號采樣時(shí)所需的采樣率并不高，對采樣數據進(jìn)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(wú)線(xiàn)電接收機的理論基礎。圖2是一個(gè)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。