應(yīng)用于頻譜監(jiān)控的寬帶正交解調(diào)器設(shè)計

　　摘要：為了實現(xiàn)無線電監(jiān)控的要求，設(shè)計了基于ADI公司芯片組的寬帶下變頻電路并進(jìn)行了測試。該電路通過I²C接口進(jìn)行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)從70MHz~2GHz頻帶范圍內(nèi)的射頻信號的正交解調(diào)。系統(tǒng)的主要設(shè)計為基于ADF4350的寬頻率范圍的頻率綜合電路，基于ADL5387的寬帶正交下變頻電路以及基于SC18IS602的數(shù)字接口電路。通過測試表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)所需的寬帶下變頻功能，具有易于配置的優(yōu)點，達(dá)到了設(shè)計的要求。

　　隨著通信技術(shù)的發(fā)展，頻譜資源作為一種有限的自然資源，越發(fā)顯得重要。而且隨著軟件無線電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)射機(jī)的實現(xiàn)成本越來越低，因此非法占用頻率資源的情況在不斷增多。為此，需要通過相關(guān)的手段對無線電頻帶的使用情況進(jìn)行監(jiān)測。國際電聯(lián)專門出版了頻譜監(jiān)控手冊來指導(dǎo)頻譜監(jiān)控工作[1]。由于射頻頻段很寬，直接對射頻頻段進(jìn)行監(jiān)控難度很大。通行的做法是采用固定中頻或者零中頻接收電路對射頻信號進(jìn)行下變頻處理，然后通過對中頻或者基帶信號進(jìn)行分析來判斷是否存在非法發(fā)射行為。正交調(diào)制在數(shù)字通信中的應(yīng)用越來越多，因此正交解調(diào)電路在無線電監(jiān)控中的應(yīng)用也更為廣泛。正交解調(diào)器能夠接收射頻信號，并通過混頻電路與本振相乘，產(chǎn)生基帶零中頻信號。該信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，然后經(jīng)過數(shù)字信號處理算法，來確定該頻譜是否存在調(diào)制信號并判斷該調(diào)制信號是否合法。

　　可見，寬帶正交下變頻電路的設(shè)計非常重要。為了實現(xiàn)系統(tǒng)所需的寬帶下變頻電路，提出了基于ADF4350以及ADL5387的寬帶下變頻電路，其設(shè)計接收的射頻信號頻率范圍為70MHz~2GHz。由ADL5387的數(shù)據(jù)手冊可知，其基帶信號帶寬為240MHz。本課題中無線電監(jiān)測基帶信號處理的帶寬為50MHz，所以該方案能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計的需要，完成無線電監(jiān)控中的射頻信號正交解調(diào)的功能。為了易于進(jìn)行總線連接，系統(tǒng)還設(shè)計了I2C總線接口，因此能夠通過MCU對本振信號進(jìn)行靈活配置。

　　總體設(shè)計

　　該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，通過FPGA上面的MicroBlaze軟核對頻率綜合電路芯片進(jìn)行配置，產(chǎn)生相應(yīng)的本振信號，選擇所需的監(jiān)控頻段;頻率綜合電路產(chǎn)生的本振信號輸入正交解調(diào)器，與正交解調(diào)器的射頻輸入信號進(jìn)行正交混頻，得到零中頻的基帶信號供無線電監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行采樣分析。　　

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　寬帶下變頻電路主要由正交解調(diào)器、頻率綜合電路、數(shù)字接口電路這三部分組成，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。