一种新型的全数字短波接收机

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1、一种新型的全数字短波接收机　 软件无线电的概念自问世以来就受到广大系统工程师的普遍重视，成为大型系统设计的目标。本文遵循软件无线电的设计理念，参考了多个系统设计实例，提出了一种新的软件无线电模型，并以其为指导来设计全数字短波接收机。在给出某军用新型全数字短波接收机的主要功能和系统结构的基础上，深入分析了设计的难点及解决的方法。1 一种软件无线电的新模型　　近年来，软件无线电在众多领域(尤其是在无线通信领域)有了广泛的应用。随着软件无线电由理论向实用的不断推广，有必要建立一种高效、实用的系统模型，并在此模型的基础上进行软件无线电系统的开发和研制[1]。理想

2、的软件无线电要求直接对射频信号进行数字化，由数字信号处理器（DSP）完成所有的调制、解调和滤波等信号处理功能。如有必要，还需将处理完的数据送往高速数模转换器（DAC）直接转换成模拟信号，经放大后输出。理想软件无线电的结构模型包括模数转换器(ADC)、DSP和DAC[2]，如图1所示。 虽然理想软件无线电模型有很多优点[3]，但是现阶段还不能实用。主要有如下原因：(1)ADC对射频信号直接进行低通采样，所以对ADC的采样速率、工作带宽和动态范围都有着极高的要求[4]，而现有的ADC器件无法满足该要求。(2)经过ADC采样后的数据流速率非常高，需直接送往DS

3、P进行处理。现阶段的DSP芯片无论是在接口速率，还是在处理能力方面都难以满足要求，不能实现实时处理。　　 在现有器件水平的制约下，为了充分体现软件无线电的设计理念，更好地兼顾硬件和软件的设计，尽可能地提高系统性能，本文提出一种基于分层的、由事件驱动的软件无线电模型，其系统结构如图2所示。 射频信号经放大后（图中省略）被模拟下变频，得到带宽约为30M的中频信号。在满足采样定理的前提下，对中频信号进行低通采样（采样率一般可为80MSPS）。中频数字信号的速率仍然很高，不适合直接送给DSP进行处理，可以先通过数字下变频器将其变换到基带，再送给数字处理单元。经处

4、理后的数字信号如果要调制发射，则可以先通过数字上变频器，变换成中频数字信号；然后经高速DAC转换成模拟信号后，再模拟上变频；最后经放大后由天线发射出去（图中省略）。如果不需要调制发射，可将数字处理单元处理后的信号经数字接口或模拟接口直接输出。　　数字处理单元是整个模型的核心，也是分层概念的具体体现。主要由3部分构成：通用数字信号处理器、现场可编程门阵列（FPGA）和微控制单元（MCU）。根据它们对数据流的操作，可将其划分为3个层次：运算层、控制层和管理层。数字处理单元分层模型如图3所示。　　DSP是整个系统的计算核心，用来完成调制、解调和滤波等功能，它主

5、要是对透明的数据流进行运算处理，所以DSP被认为是运算层设备。FPGA主要用于实现数据格式的转换、数据的组帧、数据链路的重组等，是整个系统的数据交换通路，可以根据上层命令控制数据的流向，所以FPGA是控制层设备。MCU主要提供人机接口，如运行嵌入式操作系统，对整个系统的工作情况进行监测管理，所以MCU可以划分为管理层设备。　　整个模型是由事件驱动的。管理层设备MCU接收到外部事件请求后，对其进行解析，转换成命令下发，控制下层数据链路的重组及计算模块的调度。根据外部事件请求的不同，系统的链路结构、软件结构也会随之变化。　　以上提出的由事件驱动的、基于分层概

6、念的软件无线电模型是一种现阶段实用的通用模型。它在最大限度上体现了软件无线电的设计宗旨，且结构清晰，对整个硬件平台和软件算法的设计都提供了鲜明的思路。2 全数字短波接收机的主要功能及系统结构　　某军用全数字短波接收机就是基于上述软件无线电的分层模型而设计的，主要实现短波全频段信号的快速搜索、解调与分析。具体功能分为以下几大类。　　(1)频带扫描：将整个短波频段以2M带宽进行划分，系统对全频段或某个特定频段进行扫描。通过FFT计算频谱，根据参考门限来确定信号的有无，并将结果上报。由于选用高性能的DSP，扫描速率可以达到500MHz。　　(2)跳频信号搜索：

7、系统在1M带宽内，计算信号频谱，统计出跳频集，计算出跳速、跳宽，并将其上报，同时有可能要引导激励器进行干扰。　　(3)特征信号搜索：对特定信号（如ALE和LINK11）进行搜索，DSP计算高分辨率频谱（12Hz），再进行具体特征分析、模板匹配等操作，确定特征信号的有无，以及频率点位置，为特征信号解调提供依据。　　(4)信号分析：对指定频带内的信号进行实时分析，给出其调制方式及各种调制参数。同时可以进行解调。　　(5)高速采样：将短波射频信号数字化后，不经过数字下变频，直接经FPGA组帧后送给DSP，存到其外部存储器中。然后打包上报，以便于对短波信号做进一

8、步研究分析。　　全数字短波接收机的结构框图如图4所示。　　(1)ADC：对模拟输