基于AD9959的FM及以下波段軟件無線電發射系統

郁凱 潘欣裕 陳昊 沈志昕 王儉

摘 要：文中主要介紹了基于AD9959和STM32的軟件無線電發射系統。系統對輸入音頻采用FM調制方式，無線電信號頻率為FM及以下波段，使用STM32F103系列MCU作為主控，使用型號為AD9959的DDS作為信號發生器，可實現語音采集、語音調制及發射等功能，并實現系統的數字化、模塊化與軟件化。

關鍵詞：軟件無線電;AD9959;FM;STM32;通信;ARM

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）09-00-02

0 引 言

軟件無線電系統基于軟件定義無線電通信協議，而非使用硬件連線[1]，打破了設備通信功能的實現僅僅依賴于硬件發展的格局[2]。近些年，軟件無線電已成為一個重要的研究課題[3]?；贏RM和DDS搭建的軟件無線電發射系統能夠發揮ARM在嵌入式領域的優勢[4]，實現軟件無線電通用性、靈活性、便于互聯和升級的優勢[5]。

1 系統整體設計

本系統采用圖1所示的A/D-ARM-DDS硬件架構，模塊化設計，通過使用DDS保證輸出信號的準確性和穩定性。系統各模塊間采用高速通信方式進行數據傳輸。系統使用DMA讀取STM32內置ADC的數據，通過SPI總線將處理后的數據發送至AD9959。模塊間的通信在定時器中斷中進行。

2 系統模塊簡介

2.1 信號采集

信號采集部分由STM32內置ADC和外圍偏置電路組成，系統對輸入的信號進行單聲道采樣，采樣頻率為25 kHz，滿足調頻廣播22 kHz的要求[6]。圖2所示的偏置電路在信號輸出端連接兩個等值電阻R1和R2，用于將輸入的帶有正負電壓的音頻信號偏置到0～3.3 V。電阻阻值不宜過高，以免影響信號拾取;不宜過低，導致電阻電流過大，影響系統安全。

2.2 信號處理

STM32F103內置12位逐次逼近型模擬數字轉換器，采樣分辨率為12 bit，采樣頻率最高可達1 MHz。系統通過STM32內置定時器實現25 kHz的定時采樣，即每隔4 μs采樣一次，采樣數據經DMA傳輸至STM32內存。AD9959的串行I/O口提供了一個SPI操作模式，端口SCLK的最大速度為200 MHz。本系統中，STM32通過硬件SPI與AD9959通信。配置硬件SPI工作在2分頻狀態，STM32F103主頻為72 MHz，可得SPI時鐘頻率為36 MHz。每次更新AD9959頻率需傳輸7 B數據，由于，即系統可在4 μs的定時器中斷間隙完成數據傳輸。

2.3 信號發射

3 軟件設計

系統上電后開始工作，將輸入信號調制到預定參數并發射。系統上電后首先通過公式（2）計算出ADC各量化值對應的調制后頻率，并建立對應查詢表。在完成初始化后，系統以25 kHz的頻率進入定時器中斷。在每次中斷時STM32通過查表將ADC轉化為頻率值，并通過SPI總線發送至AD9959頻率調諧寄存器，給AD9959對應引腳發送更新數據指令，AD9959隨即將發送的正弦波更新為相應頻率，系統的載波頻率可通過按鍵更改。系統流程如圖4所示。

4 系統測試

系統采用5 V/1 A單電源供電，保證射頻信號的功率處于安全范圍內。將語音采集、信號處理、信號產生模塊進行拼接，設置載波頻率為85.4 MHz，頻偏為75 kHz。系統工作后即可通過FM收音機在一定距離內收聽到發射的音頻。

采用TEA5767芯片組成的FM收音機模塊進行信號接收和解調，以驗證無線電發射系統的性能。在信號輸入端輸入音頻信號，對比原始信號和經FM調制并解調后的信號，可看到音頻信號能夠被較好地還原，即系統能夠實現音頻信號的FM調制。調制前和解調后的音頻信號波形如圖5所示。

之后，在系統的信號輸入端加上不同頻率的正弦信號，觀察其解調后的波形。測試結果統計見表1所列。

系統的音頻采樣頻率為25 kHz，理論上可達到無線電廣播的聲音品質。在實際測試中，系統能穩定傳輸語音信號，對于高于3 kHz的信號誤差相對增加，根據奈奎斯特采樣定理，本系統可以采集12.5 kHz以下的音頻信號。

5 結 語

本文主要介紹了利用STM32+AD9959的FM及其以下波段的簡易軟件無線電發射系統，經過測試表明本系統可以適用于150 MHz及以下頻段的信號調制發射，獲得良好的效果。

參 考 文 獻

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