中频数字化接收机系统设计与实现

软件无线电是一种基于宽带A/D器件、高速DSP芯片，以软件为核心(Software-Oriented　的崭新的体系结构。其基本思想就是将宽带A/D尽可能地靠近射频天线以便将接收到的模拟信号尽可能早地数字化，尽量通过软件来实现电台的各种功能。通过运行不同的算法，软件无线电可以实时地配置信号波形，使它能够提供各种话音编码、信道调制、加密算法等无线电通信业务。我们知道信号失真是长期困扰模拟处理的难题，如本振频率漂移、相位噪声、混频产生的虚假信号、放大时产生的谐波以及互调、机内噪声等问题。尽管设计人员想方设法，但结果并不能令人满意，而软件无线电技术简单有效地解决了这些问题。在数字化之后，本振、混频、放大、滤波都仅仅是数字运算，不会产生谐波、互调等虚假信号。与传统的模拟方式相比，软件无线电具有灵活性、适应性和开放性等特点，被誉为无线电领域的又一次革命。

1 接收机总体设计
由于受器件水平的制约，直接对射频采样处理还有一定难度。在保留软件无线电通用、灵活、开放的前提下，采用了中频数化方案1，整个接收机的结构框图如图1所示。

该接收机接收信号频率范围：10～100MHz，为防止频谱混叠，前端电调谐滤波器分为8段滤波器，由8031控制选用。第一本振LO1采用数字锁相环产生所需频率，通过预置，可产生正弦信号频率范围：1360～2350MHz，步进值10Hz，电调谐滤波器与一本振互动联调。混频后，将信号通过一中心频率为1350MHz的带通滤波器后，进行二次混频。第二本振LO2产生信号的频率固定设置为：1371.4MHz，因此中频信号为：21.4MHz，通过AGC控制输出信号强度范围为：-50～-10dBm/50Ω。

2 中频数字化单元设计

该单元是接收机的核心部件，主要完成几种信号(AM、FM、SSB、CW、FSK、BPSK，QPSK)的解调工作，同时负责对模拟前端提供AGC控制用电平强度值和AFC控制用载波频率误差值。8031主控电路板则要为中频数字化单元提供：信号类型、中频带宽、AGC时间常数、BFO值、PSK信号波特率等控制命令。中频数字化处理单元硬件系统大体构成如图2所示1。

2.1 数据采集部分

该部分电路主要由数控放大器和模/数转换器AD6640构成，负责完成数据采集工作。固定增益放大器18dB的中频输入信号为：(21.4MHz，-50～-10dBm/50Ω 0.7mV～70mV)，输出为(-38dBm～+2dBm/50Ω?2.8mV～0.4V)。AD6640是AD公司生产的新一代模数转换器件，分辨率12bit，输入动态范围±1V，采样速率可达65Msps，在5V供电时功耗仅为710mW。注意A/D前采用固定增益放大电路，并不影响对模拟接收机的AGC输出。因该放大电路的增益是已知的，检测出信号电平后可以倒推出放大前的电平变化情况。至于采样速率的确定，此处既可以采用过采样又可以采用欠采样技术。所谓欠采样技术就是对于带通信号(频率范围：fL＜f＜Fh＝而言，抽样频率只要满足：≤fs≤
(K为整数且2≤K≤ fH-fL≤fL　就可保证采样后的频谱不产生折叠。这对于减小运算量是很有好处的，但对接收机抗混叠滤波器要求较高。考虑到HSP50214B处理速率高达65MSPS，可以采用过采样技术。根据理论上的ADC的信噪比计算公式：SNR＝6.02M+1.7Db+10log10可知：抽样速率每增加一倍，信噪比大约可提高3dB。因此，在速率允许的情况下，我们仍决定采用过采样技术，采样频率50MHz。

2.2 数字下变频单元

数字下变频单元由美国Harris生产的专用可编程下变频器HSP50214B和专用可编程数字科斯塔司环电路HSP50210构成。HSP50214B大体可分成13个部分3(见图3)，

主要功能是将IF数据下变频成基带数据。其前端处理速度高达65Msps，后端处理速度最高达55Msps。总的抽取因子范围：4～16384，输出采样速率可达12.94Msps，输出低通带宽最宽为982kHz(IF带宽1.96MHz)。最高支持14bits字长的数据并行输入，输出形式灵活多样，既可并行输出又可串行输出，既可选择直角坐标数据输出又能选择极坐标数据输出，可选择输出幅度、瞬时相位和频率等参数。另外，HSP50214B还内带电平检测器，可为IF自动增益控制提供支持。总之，HSP50214B功能非常强大，使用相当灵活，可以解调AM、FM、FSK信号。与HSP50210一起使用，还可以解调SSB和PSK信号。

HSP50210是Harris公司生产的数字科斯塔司环专用电路，其功能也很强大。时钟处理速率高达52MHz，内部具有以下功能模块4(见图4)：(1)可选升余弦匹配滤波器/积分和去除滤波器(I/D滤波器)；(2)二阶载波和码元跟踪滤波器；(3)自动增益控制电路；(4)鉴频器；(5)锁定检测器；(6)数据质量和信号电平检测电路；(7)直角坐标向极坐标转化电路；(8)8-Bits微机控制接口。