多通道頻率檢測(cè)技術(shù)的FPGA實(shí)現(xiàn)

摘要：多通道頻率檢測(cè)是當(dāng)前數(shù)字接收機(jī)的一種常用的頻率測(cè)量方案，該方法可以較好地解決頻率截獲概率與頻率分辨力的矛盾，并在復(fù)雜的電磁環(huán)境中具有處理多個(gè)同時(shí)到達(dá)信號(hào)的能力。文中給出了基于FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)多信道頻率測(cè)量的具體方案。該方案能夠充分發(fā)揮FPGA硬件資源豐富的特點(diǎn)，并且易于實(shí)現(xiàn)并行處理，可大幅度提高系統(tǒng)的處理速度。
關(guān)鍵詞：多通道；頻率檢測(cè)；信道化；FPGA

0 引言
在數(shù)字接收機(jī)的各種參數(shù)中，頻率是最重要的參數(shù)之一，它能反映接收機(jī)的功能和用途、以及頻譜寬度等重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的順序測(cè)頻技術(shù)一般通過(guò)對(duì)接收機(jī)頻帶的掃描，對(duì)頻域進(jìn)行連續(xù)取樣。該方法原理簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，但是，其頻率截獲概率與分辨力的矛盾難以解決，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全概率信號(hào)截獲。而多信道化的頻率檢測(cè)技術(shù)屬于瞬時(shí)測(cè)頻，其架構(gòu)是采用多個(gè)頻率窗口(多個(gè)信道彼此銜接相鄰)來(lái)覆蓋接收機(jī)的整個(gè)頻段，這樣，當(dāng)信號(hào)進(jìn)入任一個(gè)窗口時(shí)，該窗口的頻率值即可被檢測(cè)出。因此，該方法可解決頻率截獲概率與頻率分辨力的矛盾，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)全概率頻率捕獲提供了一種參考方案。

1 多信道模型
當(dāng)一個(gè)實(shí)信號(hào)經(jīng)過(guò)A／D采樣之后，再進(jìn)行正交下變頻處理，即可得到I、Q兩路相位正交信號(hào)，它們所構(gòu)成的是一個(gè)復(fù)信號(hào)。該復(fù)信號(hào)的信道化示意圖如圖1所示。

圖1所示的信道是一種相互交疊的信道，它們涵蓋了整個(gè)零中頻信號(hào)的頻率范圍。一般情況下，多信道往往采用數(shù)字濾波器組來(lái)實(shí)現(xiàn)，但該方法需要設(shè)計(jì)M(M為信道數(shù))個(gè)中心頻率不同，而其它性質(zhì)完全相同的帶通濾波器。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜，同時(shí)還加大了后續(xù)信號(hào)處理的運(yùn)算速度，對(duì)實(shí)時(shí)處理極為不利。而數(shù)字濾波器組的低通型實(shí)現(xiàn)方法則是先將每個(gè)通道乘以一變換因子，就相當(dāng)于將實(shí)際信號(hào)搬移到零中頻，然后再通過(guò)LPF得到該頻率信號(hào)。該方法可對(duì)帶通信號(hào)的頻段進(jìn)行信道化分離，但是帶來(lái)的新問(wèn)題是當(dāng)LPF用FIR濾波器實(shí)現(xiàn)M個(gè)濾波運(yùn)算時(shí)，將占用較大的硬件資源，而且系統(tǒng)工作效率較低。目前，該結(jié)構(gòu)已被高效DFT多相濾波器組結(jié)構(gòu)所代替。
圖2所示是一種具有普遍性的基于DFT多相濾波器組的信道化高效結(jié)構(gòu)，從圖2中可以看出，在濾波之前，先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行D倍抽取可降低濾波過(guò)程的運(yùn)算量，gn(m)是低通原型濾波器hLP(n)的多相分量，其階數(shù)可減小到原來(lái)的1／D，因而DFT可以用FFT實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，在此結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)的復(fù)雜度和數(shù)據(jù)速率大大降低，實(shí)時(shí)處理能力得到了提高。