基于FPGA的软件无线电接收平台设计

2020-11-29吴伙土

科技与创新 2020年5期

吴伙土

（厦门市合佳兴电子有限公司，福建厦门361015）

1 引言

基于FPGA对软件无线电接收平台进行设计即研发一种新型的可重构低功耗集成无线电信号处理平台，使其能够充分满足当前通信系统对宽带、低功耗、多通道、多模式、多速率无线信号的处理要求。根据现阶段软件无线电结构普遍存在缺乏通用设计方法的缺陷，对软件无线电结构进行研究，从而提出具有一定开放性、可拓展性以及兼容性集成软件无线电信号处理平台设计方法，通过较为先进的FPGA技术可以实现高效数字下变频、信号的时序控制和同步追踪，并且能够优化各种信号处理算法，有利于设计高效软件无线电接收平台。

2 系统架构与系统建模

2.1 系统整体架构设计

FPGA是FieldProgrammableGateArray的缩写，是在PAL以及GAL等可编程器件基础上进一步发展的产物，可以显著地弥补定制电路存在的不足，又能够改善原有可编程器件门电路数有效的问题。因此基于FPGA对软件无线电接收平台进行设计，可以构建性能良好的通信平台。在对其系统整体架构设计与研究时，可以利用FPGA完善结构框架设计。同时在设计系统整体架构时，要明确软件无线电的核心思想。所以在软件的基础上定义无线电技术的思想，从而设计系统框架[1]。要实现多模式软件定义无线电射频前端，在软件无线电技术中，无线信号并非在天线端后级实现数字化，必须经过一个宽带滤波，通过低噪放大以及混频等处理后，才能充分实现数字化，有效降低软件无线电对后级FPGA处理能力的相关要求。射频端在整个软件无线电的前级，所以其处理能力的高低将会直接影响整个系统的性能，确保其处理能力满足以下具体要求：①保障宽带频率的覆盖范围，从而实现不同系统频段的兼容性；②保证较低的噪声，以此提高软件无线电接收机的灵敏度；③降低系统的功耗和成本，以便实现量产。对中频数字化部分进行架构设计时，经过前端接收机输出较低频段的无线信号，在后级可以直接使用中频数字化方案，所以要对无线信号进行采样，进而转换为相应的数字信号，同时进行解调。此外在软件无线电中其解调结构通常情况下都会采用数字相干解调，与模拟相干解调的方法原理上存在一致性。由于本地载波和无线信号不能满足同频同相的要求，解调会出现比较严重的失真现象，所以在设计过程中，要注意使用数字正交解调的方法。

2.2 系统建模

对软件无线电接收平台的设计要利用到当前相对先进的仿真工具，即利用MATLAB对各种信号解调方式作出算法级仿真，然后再改用HDL语言实现该算法。MATLAB是一种科学计算软件，适用于矩阵运算和控制以及信息处理领域内的分析设计，具有使用简便、输入简洁、高效运算、内容丰富的优势和特点，并且用户可以自行扩展。对于中频数字化核心部分可以通过NCO、乘法器、FIR滤波器等实现。这一过程中，频信号经过处理后可以成为同相支路以及正交支路，再按照确定的解调算法，对AM波经过两次乘法和一次开方运算进行解调。在比较中，可以选择坐标旋转数字计算机算法对AM和PM进行解调。由于坐标旋转数字计算机算法的设计解调模块有一定的延迟性，所以可以直接输出同相支路一级正交支路确定的向量模值和幅角。坐标旋转数字式计算机的基本思想可以理解为使用一系列与运算基数相关的角度不断旋转，从而保障其能够逼近所需旋转的角度。在一定意义上坐标旋转数字式计算机是一个数值逼近的方式。因为这些固定的角度与设计计算的基础有较大的关联，所以运算的过程中只有位移和加减算法。因此坐标旋转数字计算机算法经常用于一些常用的基本函数运算以及算术操作的循环迭代算法。最开始时，其主要包括旋转和向量两种使室内空气清洁。茶花、仙客来等通过叶片吸收毒性很强的二氧化硫，经过氧化作用将其转化为无毒或低毒性的硫酸盐等物质；水仙、茉莉等能将氮氧化物转化为植物的蛋白质等；吊兰、芦荟能大量吸收室内甲醛等污染物质，消除并防止室内空气污染[6]。