基于FPGA的軟件無(wú)線電接收平臺(tái)設(shè)計(jì)

吳伙土

（廈門市合佳興電子有限公司，福建 廈門361015）

1 引言

基于FPGA對(duì)軟件無(wú)線電接收平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)即研發(fā)一種新型的可重構(gòu)低功耗集成無(wú)線電信號(hào)處理平臺(tái)，使其能夠充分滿足當(dāng)前通信系統(tǒng)對(duì)寬帶、低功耗、多通道、多模式、多速率無(wú)線信號(hào)的處理要求。根據(jù)現(xiàn)階段軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)普遍存在缺乏通用設(shè)計(jì)方法的缺陷，對(duì)軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，從而提出具有一定開(kāi)放性、可拓展性以及兼容性集成軟件無(wú)線電信號(hào)處理平臺(tái)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)較為先進(jìn)的FPGA技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效數(shù)字下變頻、信號(hào)的時(shí)序控制和同步追蹤，并且能夠優(yōu)化各種信號(hào)處理算法，有利于設(shè)計(jì)高效軟件無(wú)線電接收平臺(tái)。

2 系統(tǒng)架構(gòu)與系統(tǒng)建模

2.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

FPGA是FieldProgrammableGateArray的縮寫，是在PAL以及GAL等可編程器件基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，可以顯著地彌補(bǔ)定制電路存在的不足，又能夠改善原有可編程器件門電路數(shù)有效的問(wèn)題。因此基于FPGA對(duì)軟件無(wú)線電接收平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以構(gòu)建性能良好的通信平臺(tái)。在對(duì)其系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)與研究時(shí)，可以利用FPGA完善結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)。同時(shí)在設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體架構(gòu)時(shí)，要明確軟件無(wú)線電的核心思想。所以在軟件的基礎(chǔ)上定義無(wú)線電技術(shù)的思想，從而設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架[1]。要實(shí)現(xiàn)多模式軟件定義無(wú)線電射頻前端，在軟件無(wú)線電技術(shù)中，無(wú)線信號(hào)并非在天線端后級(jí)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，必須經(jīng)過(guò)一個(gè)寬帶濾波，通過(guò)低噪放大以及混頻等處理后，才能充分實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，有效降低軟件無(wú)線電對(duì)后級(jí)FPGA處理能力的相關(guān)要求。射頻端在整個(gè)軟件無(wú)線電的前級(jí)，所以其處理能力的高低將會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，確保其處理能力滿足以下具體要求：①保障寬帶頻率的覆蓋范圍，從而實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)頻段的兼容性；②保證較低的噪聲，以此提高軟件無(wú)線電接收機(jī)的靈敏度；③降低系統(tǒng)的功耗和成本，以便實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。對(duì)中頻數(shù)字化部分進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)前端接收機(jī)輸出較低頻段的無(wú)線信號(hào)，在后級(jí)可以直接使用中頻數(shù)字化方案，所以要對(duì)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行采樣，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，同時(shí)進(jìn)行解調(diào)。此外在軟件無(wú)線電中其解調(diào)結(jié)構(gòu)通常情況下都會(huì)采用數(shù)字相干解調(diào)，與模擬相干解調(diào)的方法原理上存在一致性。由于本地載波和無(wú)線信號(hào)不能滿足同頻同相的要求，解調(diào)會(huì)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的失真現(xiàn)象，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意使用數(shù)字正交解調(diào)的方法。

2.2 系統(tǒng)建模

對(duì)軟件無(wú)線電接收平臺(tái)的設(shè)計(jì)要利用到當(dāng)前相對(duì)先進(jìn)的仿真工具，即利用MATLAB對(duì)各種信號(hào)解調(diào)方式作出算法級(jí)仿真，然后再改用HDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)該算法。MATLAB是一種科學(xué)計(jì)算軟件，適用于矩陣運(yùn)算和控制以及信息處理領(lǐng)域內(nèi)的分析設(shè)計(jì)，具有使用簡(jiǎn)便、輸入簡(jiǎn)潔、高效運(yùn)算、內(nèi)容豐富的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，并且用戶可以自行擴(kuò)展。對(duì)于中頻數(shù)字化核心部分可以通過(guò)NCO、乘法器、FIR濾波器等實(shí)現(xiàn)。這一過(guò)程中，頻信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后可以成為同相支路以及正交支路，再按照確定的解調(diào)算法，對(duì)AM波經(jīng)過(guò)兩次乘法和一次開(kāi)方運(yùn)算進(jìn)行解調(diào)。在比較中，可以選擇坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī)算法對(duì)AM和PM進(jìn)行解調(diào)。由于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī)算法的設(shè)計(jì)解調(diào)模塊有一定的延遲性，所以可以直接輸出同相支路一級(jí)正交支路確定的向量模值和幅角。坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字式計(jì)算機(jī)的基本思想可以理解為使用一系列與運(yùn)算基數(shù)相關(guān)的角度不斷旋轉(zhuǎn)，從而保障其能夠逼近所需旋轉(zhuǎn)的角度。在一定意義上坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字式計(jì)算機(jī)是一個(gè)數(shù)值逼近的方式。因?yàn)檫@些固定的角度與設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)有較大的關(guān)聯(lián)，所以運(yùn)算的過(guò)程中只有位移和加減算法。因此坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī)算法經(jīng)常用于一些常用的基本函數(shù)運(yùn)算以及算術(shù)操作的循環(huán)迭代算法。最開(kāi)始時(shí)，其主要包括旋轉(zhuǎn)和向量?jī)煞N使室內(nèi)空氣清潔。茶花、仙客來(lái)等通過(guò)葉片吸收毒性很強(qiáng)的二氧化硫，經(jīng)過(guò)氧化作用將其轉(zhuǎn)化為無(wú)毒或低毒性的硫酸鹽等物質(zhì)；水仙、茉莉等能將氮氧化物轉(zhuǎn)化為植物的蛋白質(zhì)等；吊蘭、蘆薈能大量吸收室內(nèi)甲醛等污染物質(zhì)，消除并防止室內(nèi)空氣污染[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)彈藥洞庫(kù)內(nèi)部環(huán)境質(zhì)量存在的問(wèn)題進(jìn)行分析和研究，找出影響洞庫(kù)環(huán)境質(zhì)量的主要空氣污染物，介紹了其主要性質(zhì)，分析了其對(duì)彈藥保障人員造成的主要危害。通過(guò)分析污染物來(lái)源，提出改善空氣質(zhì)量的防護(hù)措施。實(shí)踐表明，洞庫(kù)通過(guò)控制污染物、加強(qiáng)通風(fēng)換氣和空氣凈化等措施，完全可以保證內(nèi)部空氣質(zhì)量達(dá)到要求。