某無線通訊管制設備激勵模塊設計

朱文松 朱亮 王強

摘要：隨著無線通訊設備的普及，對利用無線通訊進行非法活動的監管和控制顯得越來越重要，本文針對某無線通訊管控設備的需求，設計并實現了通用激勵波形產生模塊。采用高速DAC，保證了系統對波形復雜度和帶寬的要求；大容量存儲器的配置，提供了足夠的空間固化不同模式的波形；模塊選用現場可編程門陣列（FPGA）實現邏輯控制，并設計了多種通訊接口和控制端口。系統實際聯調和使用表明該模塊功能完善、性能穩定、通用性強。

關鍵詞：無線管制 DAC 波形產生

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0130-01

隨著社會發展，無線通訊設備已經廣泛的融入到我們的生活，如廣播電視、手機、無線網絡等等，這些極大的便利和豐富了我們生活，同時也給監管帶來了挑戰。如非法商人為牟利搭建的私人廣播電臺；一些具有無線通訊的設備，非法占用通訊頻段，；大型考試中利用手機作弊的非法行為，嚴重干擾考試公正。特別非法分子利用無線通訊設備，給公共安全帶來的危害，使得對利用無線通訊進行非法活動的監管和控制顯得非常重要。

1 激勵波形模塊

模塊主要包括兩路波形輸出，兩路時鐘輸入（DAC工作時鐘和系統工作時鐘），主控制器，大容量存儲器，TTL和差分IO信號，高速GXB接口，網口，RS422接口，溫度傳感器等。模塊采用FPGA（EP4SGX180）作為主控制器，系統工作時，FPGA將波形數據通過高速差分接口送給DAC，由DAC產生需要的波形。同時，FLASH（PC28F00AP30EF）和SRAM（CY7C1470V33-167AXI）的讀寫、TTL和差分控制信號的輸入輸出也由FPGA控制。另外FPGA還負責解析高速serdes、網口和RS422口的協議。

1.1 AD9783

模塊波形主要由高速DAC產生，模塊選用的AD9783是一款高性能、高動態范圍、雙通道DAC，具有16bit分辨率，最高工作速度達到500MHZ。具有多種混頻模式，可以在第一奈奎斯特區輸出高質量的信號，采用適合的混頻模式可以使得信號在第二奈奎斯特區輸出。目前主要應用在無線通訊、RF信號發生器、任意波形發生器等領域。

1.2 低噪聲設計

激勵波形模塊使用14 層板設計，為了減小系統本底噪聲。并在設計中采取了多種措施抑制噪聲（1）模塊間低噪聲設計，地環路噪聲是影響系統噪聲水平的一個重要原因，激勵波形模塊與系統其他各個模塊之間信號盡量采用差分線連接，將地環路噪聲降到最小，特別是數字對模擬的影響。（2）激勵波形模塊低噪聲設計，主要體現在以下三個方面：①選擇低噪聲的器件。②采用分離電源設計，模塊數字電源和模擬電源分別供入模塊。③分離地處理，同電源設計類似，模塊地分為模擬地和數字地。④信號隔離，模塊與上位機主通信口采用光通信方式，不僅通信速度快，同時上位機復雜的電磁環境對模塊的影響最小。通過模塊的調試和系統的聯調表明，以上幾種措施可以有效提高模塊輸出波形信號的質量。

2 FPGA設計

模塊選用FPGA作為主控制器，其主要任務有：（1）負責通信：處理光通信口數據收發、網口的數據收發、RS422串口的數據收發。（2）負責存儲器讀寫：FLASH、SRAM的讀寫控制。（3）負責波形數據的產生和處理。（4）負責AD9783的配置、將波形數據并通過高速LVDS送給AD9783產生模擬波形。（5）負責溫度傳感器的讀取。（6）根據外送的電時序或高速光通信口解析出來的光時序，產生變頻、濾波器、功放等模塊的門套TTL控制信號等。

針對不同的干擾目標、不同的工作環境，需要有不同的激勵波形，激勵波形有兩種產生方法：（1）上位機通過通信口發送指令，產生特定的波形（線性調頻信號，點頻，BPSK等等），或者是上位機的信號處理模塊通過特定的算法仿真出來的激勵波形數據，之后通過高速光通信口直接送給激勵模塊，激勵模塊FPGA只做協議解析和數據拼接，按照一定的時序送給DAC產生模擬波形。這種方式的優點是系統可以根據工作環境設置不同的參數，信號處理板根據這些參數，靈活、實時產生激勵波形，從而達到最優的無線管制效果，但是，系統必須配置較復雜的信號處理板，成本較高，另外這種方式需要通過高速的光通信口傳輸數據，系統架構較復雜，穩定性和可維護性降低。（2）系統工作時不再配置信號處理板，只在首次固化波形時使用一次。事先將仿真波形存儲在激勵模塊的非易性FLASH中，系統上電工作時，根據激勵模塊上雙排開關的選擇，將需要的波形數據從FLASH中讀出，寫入可以高速讀取的SRAM中，之后按照一定的時序將波形從SRAM讀出，在經過內插濾波處理后生成高速波形數據，送給DAC。從SRAM讀出的波形為基帶波形，所以在基帶波形進入FPGA后，還必須經過內插濾波器的處理。這種方法，系統工作時，不需要信號處理板，也不需要高速光通信口，系統架構簡單，成本較低，可靠性較高。

3 測試

對激勵模塊進行了功能測試、性能測試以及各種環境試驗。功能測試主要檢驗系統工作是否正常，穩定，包括軟件和硬件以及二者交互。性能測試主要考察激勵模塊輸出波形的質量，測試結果表明激勵模塊各項性能指標滿足設計要求。

4 結語

根據無線通訊管制設備對激勵波形的要求，設計并實現了通用激勵波形模塊。通過對激勵波形模塊配置高速DAC、大容量FLASH、SRAM存儲器、大密度FPGA、多種通信接口等等，使得模塊的功能性和通用性較強。另外多種噪聲抑制措施的采用，使得模塊的本底噪聲較低，干擾較小，激勵波形質量較高。另外，提供二種波形產生辦法，用戶可根據自身的需求，選擇具體的配置。

參考文獻

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