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1 引言 新型通信對抗裝備的偵察接收機多數通過(guò)軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)實(shí)現，從而大大提高系統的靈活性。超高速A／D采樣器為實(shí)現完全數字化的軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)提供可能，但也給后續數字信號處理器處理速度提出過(guò)高要求。因此，通信偵察接收機需先將數字化信號經(jīng)專(zhuān)用數字下變頻器(DDC)完成信號的下變頻和抽樣處理，再傳送至主處理器進(jìn)行信號處理和結果分析，這里選用HSP50214B作為專(zhuān)用數字下變頻器。 2 HSP50214B的內部結構 HSP50214B型可編程數字下變頻器可進(jìn)一步降低數字信號的載波頻率，甚至降到基帶；該器件可對輸入的數字信號進(jìn)行抽取，在允許限度內降低數據量，利于后續信號處理實(shí)時(shí)有效，且功能強大。 HSP50214B數字下變頻器的結構框圖如圖1所示。且功能模塊： (1)輸入部分 其中電平檢測單元選取一定長(cháng)度的數據，比較并積累該段數據的絕對值與預設置門(mén)限電平的誤差，該誤差積累量可由外部接口讀出，進(jìn)行外部自動(dòng)增益控制； (2)載波數控振蕩器 該模塊輸出具有一定頻率和初始相位的正弦和余弦兩路信號，實(shí)現對輸入信號的正交混頻，產(chǎn)生I／Q通道數據； (3)濾波抽取組 CIC級聯(lián)抽取器、HB濾波抽取組、255階FIR濾波器共同組成抽�。�低通濾波器，實(shí)現低通濾波和數據抽取功能；重采樣數控振蕩器進(jìn)行分數倍采樣的轉換，使整個(gè)抽取系統的輸出速率能夠滿(mǎn)足特殊場(chǎng)合的要求； (4)增益控制部分 AGC環(huán)路為內部增益控制，通過(guò)檢測DDC幅度輸出和預設門(mén)限之間的誤差，對FIR濾波器的輸出進(jìn)行增益調整，以提高小信號的增益并減少多級抽取造成的幅度衰減； (5)坐標變換 直坐標到極坐標轉換器和數字鑒頻器共同完成對各類(lèi)幅度調制、頻率調制和相位調制的解調； (6)輸出部分 且有直接串行輸出、直接并行輸出和先入先出(FIFO)3種輸出方式，可提供同相分量、正交分量、瞬時(shí)幅度、瞬時(shí)相位和瞬時(shí)頻率等5種輸出數據類(lèi)型，用戶(hù)可根據所需解調信號的調制方式選擇合適的輸出格式和方式。 (7)控制接口 通過(guò)接口數據總線(xiàn)C[7:0]、地址總線(xiàn)A[2:0]和讀／寫(xiě)信號實(shí)現控制字及相應參數的寫(xiě)入和內部寄存器內容及狀態(tài)信息的讀取。 3 數字解調模塊原理 偵察接收機中實(shí)現數字中頻濾波技術(shù)，數字下變頻器是關(guān)鍵部分，它將中頻信號搬移到基帶為后續信號處理做準備，并同其他器件構成數字解調模塊，圖2為其原理框圖。 中頻信號經(jīng)放大器、帶通抗混疊濾波器、模擬AGC等預處理過(guò)程。再送至A／D采樣器進(jìn)行中頻帶通采樣，采樣信號通過(guò)HSP50214B實(shí)現數字下變頻和抽取，同時(shí)利用HSP50210提取相干載波、碼元同步信號和載波跟蹤情況指示，實(shí)現載波同步和碼元同步，最后將抽取信號送至FPGA進(jìn)行數字信號處理，解調輸出結果。整個(gè)模塊在FPGA的控制下實(shí)現數字下變頻、碼速變換、信道化、時(shí)鐘回恢復、解調、解擴等功能。HSP50210可編程數字科斯塔斯環(huán)專(zhuān)用電路，其時(shí)鐘處理速率達52 MHz；FPGA采用Xilinx公司的VIRrrEX4系列器件XC4VSX55實(shí)現其所有功能，該器件具有24 576個(gè)邏輯單元，內含豐富的存儲單元(共5 760 Kbit)，具有用于多種運算的IP核，特別適用于實(shí)現高速信號處理，其并行處理性能優(yōu)于傳統的DSP處理器。 4 HSP50214B的電路設計及接口配置 同HSP50214B直接相連器件的主要有：AD9245、HSP50210和XC4VSX55。圖3為數字下變頻器HSP50214B的主要接口電路。 經(jīng)前端預處理的模擬中頻信號(IF信號)傳送至A／D采樣器進(jìn)行采樣。A／D采樣器采用AD9245，其輸出為14位，最高采樣速率可達80 MHz，輸入范圍大，功耗小，性?xún)r(jià)比較高。由于HSP50214B的輸入為14位，因此將AD9245的14位輸出接到HSP50214B的14位輸入即可。HSP50214B的CLKIN引腳與AD9245的時(shí)鐘相連。每個(gè)CLKIN信號到達就對其輸入數據采樣1次。CLKIN的時(shí)鐘信號可達65 MHz，PROCLK時(shí)鐘是混頻后的處理時(shí)鐘，最高不能超過(guò)CLKIN時(shí)鐘。 將HSP50214B設置為并行直接輸出模式，輸出的數據是I、Q兩路正交分量，16位并口OUTA [15:0]輸出同相分量，OUTB[15:0]輸出正交分量。由于HSP50210只有10位輸入，取HSP50214B的高10位輸出數據OUTA[15:6]、OUTB[15:6]分別接入HSP50210的輸入端口IIN[9:0]、QIN[9:0]。NSP50214B的DATARDY引腳與HSP50210的SYNC引腳相連，當OUTA端口有新的數據產(chǎn)生時(shí)，HSP50210響應DATARDY同步信號，分時(shí)并行接收數據，依次在下變頻器的OUTA和OUTB兩個(gè)輸出端處接收同相與正交分量。數據的讀取、寫(xiě)入、寄存器選擇等控制信號通過(guò)FPGA電路控制，WR和RD用于控制其讀寫(xiě)控制字的控制信號，通過(guò)FPGA的嵌入式PoweiPC發(fā)出并送入其端口：8位控制接口數據總線(xiàn)C[7:0]接P00～P07，3位寄存器地址線(xiàn)A[2:0]接P12～P10。 由于載波跟蹤誤差(COF)利用同步信號COFSYNC串行送至HSP50214B的載波數控振蕩器，碼元跟蹤誤差(SOF)利用同步信號SOFSYNC串行傳送至HSP50214B的重采樣數控振蕩器，所以HSP50214B和HSP50210必須采用統一時(shí)鐘才能保證同步傳送數據的可靠。AD9245、HSP50214B的CLKIN和PROCLK以及HSP50210的CLK引腳都接50 MHz的時(shí)鐘。系統對時(shí)序要求非常高，HSP50210反饋到HSP50214B的載波同步信號COF和碼元同步信號SOF以及它們的同步信號COFSYNC／SOFSYNC要有統一的時(shí)序，其信號送入的時(shí)序如圖4所示。 5 HSP50214B控制字的設計 模塊上電時(shí)，嵌入式PowerPC根據對應的初始化參數(輸入信號的波特率和模式)提取數據空間中的相應參數，再配合片選信號和讀寫(xiě)控制信號，將參數分別寫(xiě)入hSP50214B和HSP50210中。HSP50214B和HSP50210控制字的寫(xiě)入流程是一致的，這里只詳細說(shuō)明HSP50214B控制字的寫(xiě)入過(guò)程。 HSP50214B共有256個(gè)32位的控制字寄存器，其偏移地址是000H～0FFH，控制字決定各功能模塊的參數設置，如載波中心頻率、濾波器階數、255階FIR濾波器系數、抽取因子、輸出格式與方式的選擇等。用戶(hù)通過(guò)控制接口可寫(xiě)入控制字，也可讀取某些內部寄存器的內容及狀態(tài)信息，如電平檢測是否完成等。HSP50214B內有5個(gè)保持寄存器，其的內容由地址線(xiàn)A[2:0]和數據線(xiàn)C[7:0]決定。HSP50214B的控制字都是32位，每次只能通過(guò)數據線(xiàn)接口C[7:0]寫(xiě)入8位控制字，需通過(guò)地址線(xiàn)A(2:0)選擇寫(xiě)入控制字的高低位，連續寫(xiě)4次。圖5為其加載時(shí)序。 對控制字寫(xiě)操作的步驟為： (1)按照字節由低到高的順序，把32位控制字分為4組，每組8位數據，在每次寫(xiě)選通信號的上升沿到來(lái)時(shí)，依次把4組數據裝載到HSP50214B主控制器的相應位，對應的地址用二進(jìn)制表示，分別為：000，001，010，011(000：保持寄存器1；001：保持寄存器2；0lO：保持寄存器3；01l：保持寄存器4)； (2)在寫(xiě)選通()信號的第5個(gè)上升沿到來(lái)時(shí)，將主控制器中接收的數據裝入目標寄存器中并鎖存，此時(shí)，裝載目標寄存器的地址到100，即A(2:0)=100； (3)寫(xiě)完1個(gè)控制字后，必須等待4個(gè)處理時(shí)鐘才能寫(xiě)下一個(gè)控制字，以保證數據裝載成功，因為只有控制字被正確寫(xiě)入，HSP50214B參數選擇合理，解調的信號才不會(huì )產(chǎn)生嚴重失真。 6 測試分析 實(shí)際應用中，可根據偵察接收機接收信號類(lèi)型的需求設置各寄存器的參數，包括CIC、AGC、串并口、輸出格式、濾波器的系數等，實(shí)現靈活的下變頻設置，可對不同調制方式信號實(shí)現靈活解調分析，具有適應性強、軟件升級方便等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)硬件仿真測試，所得結果符合理論計算值，對輸入BPSK和QPSK通信信號解調誤碼率都非常低，可滿(mǎn)足高端偵察接收機高性能信號處理的要求。 7 結束語(yǔ) HSP50214B數字下變頻器具有結構的開(kāi)放性、軟件的可編程性以及功能的多樣性等特點(diǎn)，在軍事和民用數字接收機中都有巨大的應用潛力，該器件可使接收機系統具有良好的靈活性及可擴展性。 |
