基于FPGA的全新數(shù)字化PCM中頻解調(diào)器設(shè)計(jì)

摘要：為了對中頻PCM信號進(jìn)行直接解調(diào)，提出一種全新的數(shù)字化PCM中頻解調(diào)器的設(shè)計(jì)方法。在實(shí)現(xiàn)過程中，采用大規(guī)模的FPGA芯片對位幀同步器進(jìn)行了融合，便于設(shè)備的集成化和小型化。這種新型的中頻解調(diào)器比傳統(tǒng)的基帶解調(diào)器具有硬件成本低和誤碼率低等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：FPGA；PCM；中頻；解調(diào)器

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收處理流程中，遙測接收機(jī)將接收到的射頻信號進(jìn)行兩次下變頻到零中頻，然后經(jīng)過D／A輸出基帶信號；PCM數(shù)據(jù)流經(jīng)過位同步、幀同步后恢復(fù)出數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高速A／D芯片的出現(xiàn)和大容量FPGA芯片的成熟應(yīng)用，高度集成的數(shù)字化解調(diào)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，筆者提出了一種基于FPGA的全新數(shù)字化的PCM中頻解調(diào)器的設(shè)計(jì)方
案。本方案具有高度的集成性，較低的誤碼率，硬件資源少、實(shí)現(xiàn)簡單等優(yōu)點(diǎn)。

1 功能和設(shè)計(jì)要求
1．1 中頻解調(diào)器的功能
中頻解調(diào)器主要完成對接收機(jī)70 M中頻信號進(jìn)行數(shù)字化處理，然后通過位同步器重建碼元時(shí)鐘、恢復(fù)串行數(shù)據(jù)和碼型轉(zhuǎn)換；通過幀同步器完成字、幀同步，對齊幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)格式，并將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)流；最后通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。其主要功能組成如圖1所示。

1．2 中頻解調(diào)器的技術(shù)要求
中頻解調(diào)器的位速率、幀長等多項(xiàng)指標(biāo)都是可編程設(shè)置的，具體指標(biāo)如下：
1)輸入頻率：70MHz；
2)輸入信號強(qiáng)度：(-10±5)dBm；
3)位速率范圍100 kbps～5Mbps可編程；
4)碼型：NRZ_L／M／S可選擇；
5)字長：8；
6)幀長：8～10224可編程；
7)同步碼長度：4～32位；
8)同步碼位置：在前或在后；
9)輸出：USB接口輸出。

2 設(shè)計(jì)思路和方案
2．1 高速A／D采樣設(shè)計(jì)
自軟件無線電的概念提出后，模擬信號數(shù)字化是軟件無線電設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵所在。在軟件無線電的設(shè)計(jì)中，A／D模塊完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，A／D采樣頻率的選擇會(huì)對原有信號以及后面數(shù)字信號處理產(chǎn)生重要的影響，所以如何選擇合適的采樣頻率是中頻解調(diào)器的關(guān)健設(shè)計(jì)之一。采樣定理主要包括Nyquist采樣定理和帶通采樣定理，對于信號頻譜分布在頻帶(fL，fH)上的帶通信號進(jìn)行采樣，通常采用帶通采樣定理，來選取合適的采樣頻率。
根據(jù)帶通信號采樣理論公式，采樣速率fs滿足：

式中，n取能滿足fs≥2(fH-fL)的最大正整數(shù)，則用fs進(jìn)行等間隔采樣所得到的信號采樣值能準(zhǔn)確地恢復(fù)原信號。
本系統(tǒng)中頻帶寬最大為10 M，因此ADC模塊選用40 MHz的采樣頻率、12位量化。