寬帶數(shù)字信道化接收機(jī)的FPGA實(shí)現(xiàn)

2．3．1 數(shù)據(jù)抽取變換
A／D輸出的240 MHz高速采樣差分信號(hào)進(jìn)入FPGA。根據(jù)上述模型，若信道數(shù)K=16，則抽取倍數(shù)M=8，F(xiàn)PGA通過LVDS接口的串并轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)8倍抽取。設(shè)計(jì)采用QuartusⅡ的LNDS模塊完成信號(hào)的串并轉(zhuǎn)換，降低信號(hào)及時(shí)鐘速率。設(shè)計(jì)中將模塊設(shè)置成INDS receiver形式，選擇8倍轉(zhuǎn)換因子，可得輸出信號(hào)16組以及和A／D的隨路時(shí)鐘同步的60 MHz時(shí)鐘。用該時(shí)鐘作為全局時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)后續(xù)所有處理模塊。由于A／D采樣輸出信號(hào)為偏移二進(jìn)制類型，需經(jīng)符號(hào)變換模塊后變?yōu)槎M(jìn)制補(bǔ)碼類型。
2．3．2 多相濾波器的設(shè)計(jì)與仿真
多相濾波器組采用具有穩(wěn)定系統(tǒng)、可以實(shí)現(xiàn)線性相位的FIR型數(shù)字濾波器。FIR原型濾波器的設(shè)計(jì)主要考慮采樣頻率fs、通帶波紋rp、阻帶衰減rs以及過渡帶寬。例如采用fs=960 MHz，rp=0．1 dB，rs=63 dB，過渡帶起始頻率15 MHz，截止頻率30 MHz，得到原型濾波器幅頻特性曲線如圖6所示。該低通原型濾波器的階數(shù)為192階，將原型濾波器分為32相，每相濾波器為6階。由于采用50％交疊的結(jié)構(gòu)需間隔插零，每相濾波器階數(shù)增至12階。設(shè)計(jì)使用程序編寫乘法累加運(yùn)算實(shí)現(xiàn)FIR濾波。FIR原型濾波器的系數(shù)通過MATLAB生成導(dǎo)出，量化后寫入FPGA的濾波器程序中。

2．3．3 IFFT運(yùn)算
IFFT運(yùn)算采用按時(shí)間抽選的基-2算法。為了加快信號(hào)處理的速度，IFFT模塊采用多級(jí)流水線設(shè)計(jì)，并且運(yùn)算模塊利用Quartus的宏產(chǎn)生。例如IFFT運(yùn)算的核心蝶形運(yùn)算可由Altmult_complex宏和lpm_add_sub宏實(shí)現(xiàn)。每次復(fù)數(shù)乘法會(huì)占用4個(gè)18x18 DSP乘法器資源，所以單路信道化的IFFT共需占用136個(gè)乘法器資源。
2．3．4 信道輸出
因?yàn)檩斎氲氖菍?shí)信號(hào)，經(jīng)IFFT得到16個(gè)信道的子帶信號(hào)。對(duì)每個(gè)信道采用旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī)算法(CORDIC)計(jì)算每個(gè)信道信號(hào)的幅度及瞬時(shí)相位。根據(jù)CORDIC輸出的信號(hào)幅度判斷信號(hào)是否存在以及信號(hào)的起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，給出對(duì)應(yīng)的包絡(luò)脈沖。同時(shí)利用CORDIC輸出相位根據(jù)瞬時(shí)相位差法計(jì)算頻率。為了提升測頻的準(zhǔn)確度，用脈沖上升沿平穩(wěn)后的連續(xù)4個(gè)無模糊的相位差平均值測頻，輸出載頻編碼。用兩通道信號(hào)的CORDIC輸出相位測算兩通道信號(hào)的相位差，輸出相位差編碼。
為了節(jié)省對(duì)外接口資源，最多只輸出三路信號(hào)即同時(shí)處理三路不同信號(hào)，當(dāng)某路信道上出現(xiàn)包絡(luò)脈沖時(shí)才將該信道的頻率碼和相位差碼輸出，否則不輸出。16個(gè)信道都要進(jìn)行判斷，確定是否輸出。具體流程如圖7所示，當(dāng)判斷不成立或者語句執(zhí)行結(jié)束時(shí)，結(jié)束程序。