數字中頻接收機技術應用及國產化實現

張佳明

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510000）

數字中頻接收機技術應用及國產化實現

張佳明

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510000）

在當下國家倡導的“保障信息安全，實現核心軟硬件國產化自主可控”已被上升到國家安全層面。隨著國產半導體集成電路的發展，采用國產器件實現數字中頻信號接收機成為可能。文章從數字中頻接收機的基本構造及原理入手，對國產器件現狀進行分析，提出了一種數字中頻接收機的國產化方案。

數字中頻接收機；國產器件；自主可控

目前我國應用的數字接收機大部分都以進口集成電路為主，數字化的中頻信號或射頻信號接收機需要大規模可編程集成電路、高性能信號處理器以及高采樣率和帶寬的模數轉換器。這些集成電路設計復雜，國產化進程難度較大。但隨著近年來國家倡導的國產自主可控戰略，應用在通信領域的國產數字信號處理的芯片已經形成了一定的成果，應用國產器件設計數字中頻接收機成為可能。

1　數字中頻接收機的基本構成原理

數字中頻接收機由6大模塊基本構成，如：中頻采用模塊、變頻模塊、濾波抽取模塊、濾波正向模塊、多相信號解調模塊、信號復原模塊。盡管目前我國數字技術發展也有較長的時間，但仍受限于信號傳播載體等問題，數字接收機目前也只能做到信號轉化、轉換后信號處理等功能，數字中頻接收機構成原理如圖1所示。

圖1　數字中頻接收機構成原理

在該中頻接收機信號處理基本路徑中，信號從接收到完成信號處理需要經歷4個大的階段，包括射頻信號收集、射頻信號轉換、中頻信號傳輸及轉換后中頻信號處理等。在天線端將主要負責射頻信號的收集，通過相關的信號收集前段將收集到的信號轉換為中頻信號，然后通過相關元器件（如ADC）進行中頻信號的進一步傳輸和數字信號處理等工作。

2　國產芯片的現狀

國產集成電路產業作為國家的核心戰略產業，從“三線”建設到“908工程”“909工程”“863計劃”、核高基項目等，再到1300億集成電路產業基金項目的出臺和實施，國家持續對集成電路產業進行扶持，目前已取得長足進步。截止到2014年我國集成電路產業完成內銷產值1011億元，同比增長9.9%。到2015年我國集成電路產業電路設計收入1449億元，同比增長了13.3%，國內芯片設計廠家海思也首次進入全球設計公司前6名。

在應用于數字中頻技術的信號處理芯片方面，目前國產FPGA，ADC有一定成果。國產FPGA以深圳國微、成都華微、中科院微電子所、復旦微電子等公司的兼容Xilinx系列設計方向，其FPGA的成熟產品已經在V4水平，2016年個別公司已對V7系列的FPGA進行設計，預計到2017年具備樣片。另外在自主研發FPGA方面可關注京微雅格，其產品完全屬于正向研制。在ADC方面中電24，58所、蘇州云芯微、中航772所均有成熟的航天級及工業級產品。

3　采用國產芯片成果設計數字中頻接收機

以下內容將著重探討采用復旦微電子的V4系列JFM4 VSX55RT的FPGA，AD采用中航772所的B2209，DSP采用國防科大銀河飛騰FT-C6416構建的國產化數字中頻接收機方案。

而目前一些技術也將國產芯片運用于數字中頻接收機的制造流程中，而其原理主要是依靠國產ADC完成信號的模數轉換過程，而且完成轉換后，數字信號會按照國產FPGA完成輸送過程，在FPGA處理后，信號則會通過DPS完成算法處理，原理如圖2所示。

圖2　數字中頻接收機信號處理技術工作原理

（1）設計理論：設定一個帶限的頻率信號為f（XT），將其頻率信號限制設定為（fL，fH），首先假設采樣速率為fS，而fS符合條件fS=2（fL-fH）/（2m+1）時，既可以得出fS的具體數值，而這些值也體現等間距時間收信號的采樣值x （MTS）可以符合原有的數字信號f（XT）。而根據以上原理可知，若不具有多頻帶信號進行發送與傳輸等過程，這也是由于這類信號易出現混亂以及疊加問題造成的。（2）信號接收系統設計：而且基于該類理論，對信號接收系統設定可以首先從信號接收系統入手，而且B2209芯片作為基礎，就可以有效將中頻的模擬信號改變為數字信號，并且輸送入FPGA。而該芯片的采樣率應當滿足100Ms/s，其主要優勢在于對中頻信號采樣過程，需要的電壓門檻較低，而且具有較強的降噪能力，另外信號放大能力較強，而且能夠利用雙電源來供給數字中頻接收機更多電力。FPGA方面采用復旦微電子的V4系列的JFM4VSX55RT，它主要實現信號上下變頻、調制解調、信道估計、多徑處理等功能。DSP采用銀河飛騰FT-C6416主要實現基帶信號處理，鏈路層信號處理等功能。國產數字中頻信號接收機的原理如圖3所示。

另外，中頻采樣的實現就是基于模數轉換原理以達到信號轉換的效果，而且需要根據Nyquist和帶通采樣的基礎原理進行轉換過程。另外，基于前者，則首先需要制定一個具有限頻率的信號，而且頻帶要求在（0，fH）范圍內，而基于以上基礎，就可以得到等間距需求的信號采樣，而且采樣速率應當要高于fL=2FH，而且對基帶信號的頻譜具有更高要求，另外，在實際操作過程，基于前一種理論，基帶信號應當在（fL，fH）范圍，而對于后者，則需要制定一個帶限的頻率信號f（XT），而且限制范圍在（fL，fH），同時保持采樣速率為fS，而且符合fS=2（fL-fH）/（2m+1）的條件，即可開始采樣操作。

圖3　數字中頻信號接收機原理

4　結語

綜上所述，利用目前國產化芯片的成果，可以實現數字中頻接收機的設計，成果可以應用在雷達偵測和無線測控以及遙感監控等特種通信領域。隨著國產芯片設計及產業鏈的完善，技術成熟度的提高及成本的降低可以使更多的成果向民用方面轉移。

［1］苗玉杰.關于數字中頻接收機信號處理的研究［J］.信息與電腦，2013（5）：25-26.

［2］周建燁，徐蘭天.接收機的中頻處理技術［J］.電子產品世界，2015（5）：22-24.

［3］張黎明.高性能數字接收機設計［J］.電子產品世界，2013（5）：40-42.

Technology Application and Realization of Digital Intermediate Frequency Receiver

Zhang Jiaming
（Guangzhou Haige Communications Group Incorprated Company， Guangzhou 510000， China）

In the moment the country advocates the protection of information security， the realization of the core software and hardware localization of autonomous control has been raised to the national security level.Along with the development of domestic semiconductor integrated circuit， it is possible to implement digital intermediate frequency signal receiver.Based on the basic structure and principle of digital intermediate frequency receiver， this paper analyzes the present situation of domestic device， and puts forward a new method of digital IF receiver.

digital intermediate frequency receiver； domestic device； autonomous control

張佳明（1985-），男，黑龍江哈爾濱，碩士，工程師；研究方向：基帶處理硬件平臺。