基于FPGA的軟件無線電接收平臺設(shè)計

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

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

FPGA是FieldProgrammableGateArray的縮寫，是在PAL以及GAL等可編程器件基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物，可以顯著地彌補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)有效的問題。因此基于FPGA對軟件無線電接收平臺進行設(shè)計，可以構(gòu)建性能良好的通信平臺。在對其系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計與研究時，可以利用FPGA完善結(jié)構(gòu)框架設(shè)計。同時在設(shè)計系統(tǒng)整體架構(gòu)時，要明確軟件無線電的核心思想。所以在軟件的基礎(chǔ)上定義無線電技術(shù)的思想，從而設(shè)計系統(tǒng)框架[1]。要實現(xiàn)多模式軟件定義無線電射頻前端，在軟件無線電技術(shù)中，無線信號并非在天線端后級實現(xiàn)數(shù)字化，必須經(jīng)過一個寬帶濾波，通過低噪放大以及混頻等處理后，才能充分實現(xiàn)數(shù)字化，有效降低軟件無線電對后級FPGA處理能力的相關(guān)要求。射頻端在整個軟件無線電的前級，所以其處理能力的高低將會直接影響整個系統(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，以此提高軟件無線電接收機的靈敏度；③降低系統(tǒng)的功耗和成本，以便實現(xiàn)量產(chǎn)。對中頻數(shù)字化部分進行架構(gòu)設(shè)計時，經(jīng)過前端接收機輸出較低頻段的無線信號，在后級可以直接使用中頻數(shù)字化方案，所以要對無線信號進行采樣，進而轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號，同時進行解調(diào)。此外在軟件無線電中其解調(diào)結(jié)構(gòu)通常情況下都會采用數(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。由于本地載波和無線信號不能滿足同頻同相的要求，解調(diào)會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的失真現(xiàn)象，所以在設(shè)計過程中，要注意使用數(shù)字正交解調(diào)的方法。

2.2 系統(tǒng)建模

對軟件無線電接收平臺的設(shè)計要利用到當(dāng)前相對先進的仿真工具，即利用MATLAB對各種信號解調(diào)方式作出算法級仿真，然后再改用HDL語言實現(xiàn)該算法。MATLAB是一種科學(xué)計算軟件，適用于矩陣運算和控制以及信息處理領(lǐng)域內(nèi)的分析設(shè)計，具有使用簡便、輸入簡潔、高效運算、內(nèi)容豐富的優(yōu)勢和特點，并且用戶可以自行擴展。對于中頻數(shù)字化核心部分可以通過NCO、乘法器、FIR濾波器等實現(xiàn)。這一過程中，頻信號經(jīng)過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AM波經(jīng)過兩次乘法和一次開方運算進行解調(diào)。在比較中，可以選擇坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算機算法對AM和PM進行解調(diào)。由于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算機算法的設(shè)計解調(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)字式計算機的基本思想可以理解為使用一系列與運算基數(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)字式計算機是一個數(shù)值逼近的方式。因為這些固定的角度與設(shè)計計算的基礎(chǔ)有較大的關(guān)聯(lián)，所以運算的過程中只有位移和加減算法。因此坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算機算法經(jīng)常用于一些常用的基本函數(shù)運算以及算術(shù)操作的循環(huán)迭代算法。最開始時，其主要包括旋轉(zhuǎn)和向量兩種使室內(nèi)空氣清潔。茶花、仙客來等通過葉片吸收毒性很強的二氧化硫，經(jīng)過氧化作用將其轉(zhuǎn)化為無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

針對彈藥洞庫內(nèi)部環(huán)境質(zhì)量存在的問題進行分析和研究，找出影響洞庫環(huán)境質(zhì)量的主要空氣污染物，介紹了其主要性質(zhì)，分析了其對彈藥保障人員造成的主要危害。通過分析污染物來源，提出改善空氣質(zhì)量的防護措施。實踐表明，洞庫通過控制污染物、加強通風(fēng)換氣和空氣凈化等措施，完全可以保證內(nèi)部空氣質(zhì)量達到要求。