一種基于軟件無線電的零中頻接收機(jī)系統(tǒng)及其接收方法與流程

本發(fā)明屬于無線電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于軟件無線電的零中頻接收機(jī)系統(tǒng)及其接收方法。

背景技術(shù)：

軟件無線電是近幾年出現(xiàn)的一種新的通信技術(shù)，它突破了以前不同通信功能和頻段的通信平臺不能相互通信的弊端?，F(xiàn)有的軟件無線電平臺使用離散器件搭建，且搭建出來的軟件無線電平臺器件功耗大，成本高，需要技術(shù)人員具有豐富的硬件設(shè)計(jì)和射頻信號處理的經(jīng)驗(yàn)，對軟件方面的門檻要求高。而且隨著3g、4g甚至是5g通信標(biāo)準(zhǔn)的共存，全球存在多個頻段，傳統(tǒng)的軟件無線電設(shè)計(jì)方案需要不同的硬件平臺支持不同的通信協(xié)議和頻段，開發(fā)周期長，設(shè)計(jì)成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種兼容性好、信息處理快的基于軟件無線電的零中頻接收機(jī)系統(tǒng)及其接收方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種基于軟件無線電的零中頻接收機(jī)系統(tǒng)，包括軟件無線電模塊、fpga模塊和時鐘模塊；軟件無線電模塊和時鐘模塊相連接，軟件無線電模塊和時鐘模塊均通過spi總線與fpga模塊相連接；

該軟件無線電模塊用于接收射頻信號，將射頻信號處理為基帶信號，并傳輸至fpga模塊；時鐘模塊用于向fpga模塊和軟件無線電模塊同步傳輸時鐘信號；fpga模塊用于將接收的基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)樵夹盘枴?/p>

進(jìn)一步地，該軟件無線電模塊包括i路和q路兩個支路，i路和q路均包括依次相連接的低噪聲放大器、混頻器、跨阻放大器、低通濾波器，a/d轉(zhuǎn)換模塊、cic濾波器、hb濾波器和fir濾波器；兩個低噪聲放大器的輸入端均與射頻模塊相連接；兩個fir濾波器均用于與fpga模塊相連接；軟件無線電模塊還包括一個數(shù)控振蕩器，數(shù)控振蕩器與i路和q路的混頻器均相連接。

本發(fā)明公開了一種基于軟件無線電的零中頻接收機(jī)系統(tǒng)的接收方法，使用上述的一種基于軟件無線電的零中頻接收機(jī)系統(tǒng)，該接收方法如下：

射頻信號分兩路分別輸入對應(yīng)的i路和q路的低噪聲放大器，低噪聲放大器放大接收的射頻信號的小信號，然后將放大后的射頻信號傳輸至混頻器，同時，混頻器接收數(shù)控振蕩器傳輸?shù)念l率信號，進(jìn)行混頻，將高頻射頻信號下變頻為對應(yīng)的i和q基帶信號，傳輸至對應(yīng)的跨阻放大器，對應(yīng)的跨阻放大器將接收到的對應(yīng)的基帶信號，去除雜波，傳輸至對應(yīng)的低通濾波器，對應(yīng)的低通濾波器濾出放大后的基帶信號中的較高頻率的信號，通過對應(yīng)的a/d轉(zhuǎn)換模塊傳輸至對應(yīng)的cic濾波器，對應(yīng)的cic濾波器對經(jīng)過處理的基帶信號進(jìn)行高速收取濾波，降低基帶信號的頻率；傳輸至對應(yīng)的hb濾波器，對應(yīng)的hb濾波器進(jìn)行高速抽取濾波，用于降低基帶信號的頻率，得到對應(yīng)的低通基帶信號頻率，傳輸至對應(yīng)的fir濾波器，對應(yīng)的fir濾波器補(bǔ)償?shù)屯ɑ鶐盘?，對低通基帶信號整形和匹配濾波，傳輸至fpga模塊。

本發(fā)明基于軟件無線電的零中頻接收機(jī)系統(tǒng)及其接收方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.組件少，降低開發(fā)成本及周期，且操作簡單，同時還可以實(shí)現(xiàn)功能升級與即使系統(tǒng)更新。2.數(shù)控振蕩器可調(diào)頻率，實(shí)現(xiàn)對對新、舊體制電臺的兼容。3.使通信協(xié)議可編寫，實(shí)現(xiàn)和其他任意電臺建立通信關(guān)系，并可將其視作為其他電臺的射頻中繼，4.選用串聯(lián)的cic濾波器、hb濾波器和fir濾波器，降低了采樣速率，能夠接收高頻率射頻信號，實(shí)現(xiàn)了信息的高速傳輸，實(shí)現(xiàn)了能夠接收高頻率射頻信號，信息處理更快。

附圖說明

圖1為一種基于軟件無線電的零中頻接收機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中軟件無線電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1.軟件無線電模塊；1-1.低噪聲放大器；1-2.混頻器；1-3.跨阻放大器；1-4.低通濾波器；1-5.a/d轉(zhuǎn)換模塊；1-6.cic濾波器；1-7.hb濾波器；1-8.fir濾波器；1-9.數(shù)控振蕩器；2.時鐘模塊；3.fpga模塊。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明一種基于軟件無線電的零中頻接收機(jī)系統(tǒng)，如圖1所示，包括軟件無線電模塊1、fpga模塊3和時鐘模塊2；軟件無線電模塊1和時鐘模塊2相連接，軟件無線電模塊1和時鐘模塊2均通過spi總線與fpga模塊3相連接；軟件無線電模塊1用于接收射頻信號，將射頻信號處理為基帶信號，并傳輸至fpga模塊3；時鐘模塊2用于向fpga模塊3和軟件無線電模塊1同步傳輸時鐘信號；fpga模塊3用于將接收的基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)樵夹盘枴Ｔ夹盘柨梢允且曨l圖片信號，該信號可以通過視頻圖像處理，通過顯示屏顯示出視頻和圖像。也可以是單純的數(shù)字信號，通過顯示屏顯示出想要的信息。采用ofdm解調(diào)方式，不僅能傳輸語音信息，還能傳輸圖像，傳真等信息，滿足現(xiàn)有的數(shù)據(jù)傳輸多樣化的需求。

上述時鐘模塊2為軟件無線電模塊1與fpga模塊3提供同步時鐘，本發(fā)明中選用hmc7043，其最高工作頻率可達(dá)8ghz，具有整數(shù)模式和小數(shù)模式。噪聲基底在整數(shù)模式下為-233dbc/hz，小數(shù)模式下為-230dbc/hz；采用delta-sigma調(diào)制技術(shù)改善了分?jǐn)?shù)雜散性能并有周期滑步抑制功能，最高參考輸入頻率高達(dá)350mhz，在整數(shù)模式下鑒相頻率最高為115mhz，在小數(shù)模式下鑒相頻率最高為100mhz，最小可至dc；該芯片有八個供電引腳，其中電荷泵部分的供電電壓為5v，其他供電均為3.3v；5v電流典型值6ma；3.3v電流典型值52ma，完全滿足設(shè)計(jì)需要。

上述fpga模塊3選用xilinxzynq板，zynq板從架構(gòu)上可以劃分為兩大模塊，一個是處理器系統(tǒng)ps，另一個是可編程邏輯pl，ps由apu、內(nèi)存接口、io外設(shè)、互連線4大模塊組成。pl部分包含：可配置邏輯，36kb塊ram，dsp切片，可編程io塊xadc。

如圖2所示，該軟件無線電模塊1包括i路和q路兩個支路，i路和q路均包括依次相連接的低噪聲放大器1-1、混頻器1-2、跨阻放大器1-3、低通濾波器1-4，a/d轉(zhuǎn)換模塊1-5、cic濾波器1-6、hb濾波器1-7和fir濾波器1-8；兩個所述低噪聲放大器1-1的輸入端均與射頻模塊相連接；兩個fir濾波器1-8均用于與fpga模塊3相連接；軟件無線電模塊1還包括一個數(shù)控振蕩器1-9，數(shù)控振蕩器1-9與i路和q路的混頻器1-2均相連接。i路和q路分別得到的是和i,q兩路信號分別為信號的同相分量和正交分量，它們攜帶著所有有用的信號。

本發(fā)明公開了一種基于軟件無線電的零中頻接收機(jī)系統(tǒng)的接收方法，使用上述的一種基于軟件無線電的零中頻接收機(jī)系統(tǒng)，該接收方法如下：

射頻信號分兩路分別輸入對應(yīng)的i路和q路的低噪聲放大器1-1，所述低噪聲放大器1-1放大接收的射頻信號的小信號，然后將放大后的射頻信號傳輸至混頻器1-2，同時，所述混頻器1-2接收數(shù)控振蕩器1-9傳輸?shù)念l率信號，進(jìn)行混頻，將高頻射頻信號下變頻為對應(yīng)的i和q基帶信號，傳輸至對應(yīng)的跨阻放大器1-3，對應(yīng)的跨阻放大器1-3將接收到的對應(yīng)的基帶信號，去除雜波，傳輸至對應(yīng)的低通濾波器1-4，對應(yīng)的低通濾波器1-4濾出放大后的基帶信號中的較高頻率的信號，通過對應(yīng)的a/d轉(zhuǎn)換模塊1-5傳輸至對應(yīng)的cic濾波器1-6，抽取因子選擇為8，對應(yīng)的cic濾波器1-6對經(jīng)過處理的基帶信號進(jìn)行高速收取濾波，降低基帶信號的頻率；傳輸至對應(yīng)的hb濾波器1-7，抽取因子選擇為2，對應(yīng)的hb濾波器1-7進(jìn)行高速抽取濾波，用于降低基帶信號的頻率，得到對應(yīng)的低通基帶信號頻率，傳輸至對應(yīng)的fir濾波器1-8，對應(yīng)的所述fir濾波器1-8補(bǔ)償?shù)屯ɑ鶐盘?，對低通基帶信號整形和匹配濾波，傳輸至fpga模塊3。cic濾波器1-6、hb濾波器1-7和fir濾波器1-8的采樣速率可以通過更改抽取系數(shù)來進(jìn)行調(diào)整，從而產(chǎn)生需要的輸出數(shù)據(jù)速率。

本發(fā)明中基于軟件無線電的零中頻接收機(jī)系統(tǒng)用于無線圖像傳輸，無人機(jī)圖像采集，遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控等超高頻圖像、視頻通信射頻信號。射頻范圍如下：39ghz～43ghz,增益g為30db,回波損耗s<-20db。

上述低噪聲放大器1-1選擇hmc1127，工作頻率范圍為2ghz至50ghz，增益14.5db，ip3輸出為23dbm和輸出功率為12.5dbm(1db增益壓縮)，采用+5v電源功耗為80ma。hmc1127放大器i/o內(nèi)部匹配50ω阻抗。

上述低通濾波器1-4選用adrf6520，adrf6520連續(xù)增益控制范圍為54db，采樣帶寬為bw＝160mhz(1mhz～1800mhz)，信號帶寬為b＝80mhz,濾波器旁路模式i或q帶寬(bw)，±1db增益平坦度大于1250hz，4極點(diǎn)巴特沃茲濾波器i或q帶寬為36mhz至720mhz，rms檢波器imd3大于55dbc(1.5vp-p復(fù)合輸出)，hd2、hd3>55dbc(1.5vp-p輸出)，噪聲系數(shù)為0.4db(最大增益時)nf<11db(vga2增益回退：12db)，并設(shè)置差分輸入阻抗為100ω、低阻抗輸出，提供寬帶rms檢波器，用于監(jiān)控濾波器輸入端的信號。

上述a/d轉(zhuǎn)換模塊1-5選用ad9461，量化位數(shù)14，采樣率170mhz，雙通道輸入。32kbfifo深度(133msps)，通過adcanalyzer^tm實(shí)時fft測量性能，并進(jìn)行時域分析，分析snr、sinad、sfdr和諧波，支持具有串口、端口、接口(spi)的adc，內(nèi)置6v、2a開關(guān)電源，無需外接電源。

上述cic濾波器1-6作為抽取的第一級，可實(shí)現(xiàn)8倍的抽取，輸入cic濾波器1-6的初始基帶信號頻率為40.96mhz，帶寬為4mhz，此過程中cic濾波器1-6對40.96mhz的基帶信號波形實(shí)現(xiàn)8倍抽取，輸出信號頻率降為5.12mhz。

上述hb濾波器1-7作為抽取的第二級，實(shí)現(xiàn)2倍的抽取，抽取因子固定為2，可完成采樣率降低一半的要求，本實(shí)施例中，輸入hb濾波器1-7的基帶信號頻率是5.12mhz，帶寬為4mhz，經(jīng)過hb濾波器1-7的2倍抽取，輸出的低頻的基帶信號的頻率為2.56mhz。fir濾波器1-8作為多級抽取的第三級，用于作為下變頻中的補(bǔ)償濾波，以實(shí)現(xiàn)對整個信道的整形濾波，也可作為匹配濾波器。

上述數(shù)控振蕩器1-9選用ad9831，ad9831時鐘輸入采用差分輸入，芯片上集成有一個相位累加器、一個正弦表和一個10位的d/a轉(zhuǎn)換器，能夠進(jìn)行信號的相位和頻率調(diào)制，其時鐘頻率最高可達(dá)25mhz。配合相應(yīng)算法及程序可以發(fā)出單頻、fsk、psk等多種規(guī)則信號和一些專用特殊信號。片內(nèi)10位dac，無雜散動態(tài)范圍(sfdr)為72db，在5v時功耗為125mw，3v時功耗為40mw。通過控制ad9831內(nèi)部兩個32位頻率寄存器可以控制其輸出信號的頻率，通過控制其內(nèi)部四個12位相位寄存器可以控制輸出信號的相移。注意ad9831只有16根數(shù)據(jù)線，在對32位頻率寄存器進(jìn)行操作時需分高16和低16位兩部分進(jìn)行。所需的頻率寄存器與輸出信號頻率，相位偏移寄存器與輸出信號偏移量的對應(yīng)關(guān)系由式1和式2給出：

1，其中，freq為32位頻率寄存器的內(nèi)容；

2，其中，phasereg為12位相位便宜寄存器的內(nèi)容。