DS/FH混合擴(kuò)頻接收機(jī)解擴(kuò)及同步技術(shù)的FPGA實(shí)現(xiàn)
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1 混合擴(kuò)頻接收機(jī)解擴(kuò)模塊的FPAG設(shè)計(jì)
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/157799.htm解擴(kuò)模塊是混合擴(kuò)頻接收機(jī)的核心。該模塊實(shí)現(xiàn)對接收信號的解擴(kuò)處理，主要包括數(shù)字下變頻器、數(shù)控振蕩器(NCO)、碼發(fā)生器、相關(guān)累加器和偽碼移相電路等，通常各模塊采用專用芯片。利用FPGA將這些功能集成在一塊芯片中，大大縮小了接收機(jī)的體積，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化和集成化。下面分別介紹該模塊各部分的FPGA實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
1.1 數(shù)控振蕩器(NCO)
數(shù)控振蕩器是解擴(kuò)模塊中的重要組成部分，主要用于為碼發(fā)生器提供精確的時(shí)鐘信號，從而實(shí)現(xiàn)對接收信號的捕獲和跟蹤。碼發(fā)生器由相位累加器和查找表構(gòu)成。若使用字長為40位寬的累加器，對于某一頻率控制字A，輸出頻率fout與輸入頻率控制字A的關(guān)系為:
其中，fclk為系統(tǒng)時(shí)鐘。只要改變控制字A的大小，就可以控制輸出頻率fout。fout變化的最小步長Δf由累加器的數(shù)據(jù)寬度決定。若數(shù)據(jù)寬度取40位，則:
利用上述原理，可以通過精確分頻得到所需頻率。原理圖如圖1所示。
圖1中頻率控制字A由DSP寫入?？紤]到FPGA內(nèi)部存儲資源限制，取40位相位累加值result[39..0]的高八位作為查找表LUT(look-up table)的輸入，查找表由ROM構(gòu)成，存儲各相位所對應(yīng)采樣值。當(dāng)查找表輸入端為某一相位phase時(shí)，則輸出對應(yīng)采樣值。若輸出數(shù)據(jù)寬度為6位，輸出信號格式為余弦信號，則LUT輸出為[6]:
若取ROM的并行6位out[5..0]作為輸出，則輸出信號為每周期采樣256點(diǎn)的數(shù)字化余弦信號;如果取最高位out[5]作為輸出，則輸出為系統(tǒng)時(shí)鐘的分頻信號。
1.2 數(shù)字下變頻器
數(shù)字下變頻器將A/D采樣得到的中頻信號進(jìn)行下變頻處理，去除中頻，得到基帶信號。利用本地NCO產(chǎn)生與輸入中頻信號頻率相同的正弦和余弦信號，并與輸入信號進(jìn)行復(fù)乘法運(yùn)算，然后對運(yùn)算結(jié)果做低通濾波，即可完成對中頻信號的下變頻操作。正交采樣模式下，兩路A/D轉(zhuǎn)換器提供正交輸入IIN及QIN，數(shù)字下變頻器的復(fù)乘法器輸出IOUT、QOUT為:
本振信號、復(fù)乘法器、低通濾波器均采用數(shù)字化設(shè)計(jì)。數(shù)字下變頻器采用ALTERA公司的APEX20K200RC240-1
器件。該器件典型門數(shù)為20萬，有豐富的邏輯單元和RAM單元，開發(fā)平臺Quartus II 自帶的宏模塊，如lpm_mult(乘法器宏模塊)、lpm_rom(ROM宏模塊)、lpm_add_sub(加法器宏模塊)等，給設(shè)計(jì)帶來了極大的方便。數(shù)字下變頻器原理圖如圖2所示。
圖2中的數(shù)字表示相應(yīng)模塊的數(shù)據(jù)寬度。濾波模塊是1個(gè)二階的低通濾波器，濾除混頻后的高頻分量。在一些專用的數(shù)字下變頻器件如STEL-2130中，濾波器的階數(shù)是可編程的，可以根據(jù)需要設(shè)置不同的階數(shù)，從而得到不同的濾波效果?？紤]到FPGA的資源問題，設(shè)置濾波器的階數(shù)為固定的二階。濾波器輸入x[n]與輸出y[n]關(guān)系為:
該低通濾波器將相鄰的兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)相加后作為輸出，即每兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)一個(gè)輸出數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)時(shí)鐘節(jié)拍為輸出數(shù)據(jù)時(shí)鐘節(jié)拍的2倍。
經(jīng)過低通濾波后的數(shù)據(jù)經(jīng)過滑動(dòng)窗處理，滑動(dòng)窗對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇輸出，用來動(dòng)態(tài)調(diào)整相關(guān)峰的大小。在捕獲過程中觀察相關(guān)峰值時(shí)，通過調(diào)整滑動(dòng)窗口，可以獲得不同幅度的相關(guān)峰值。選擇控制端由DSP寫控制字來決定，結(jié)構(gòu)如圖3所示?；瑒?dòng)窗控制邏輯關(guān)系為:
符號擴(kuò)展是為了與后面的相關(guān)累加器數(shù)據(jù)寬度保持一致，符號位擴(kuò)展時(shí)需與輸入數(shù)據(jù)最高位的符號保持一致。
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