一种高效的宽带数字接收机及其FPGA实现

万方数据万方数据万方数据第５期罗勇江等：～种高效的宽带数字接收机及其ＦＰＧＡ实现·９１９·同等时频分辨要求下，所需要的硬件资源要少得多，这使得宽带和超宽带数字信道化接收机实现成为可行。

４仿真和验证选择单片ＦＰＧＡ实现宽带数字信道化接收机，ＦＰＧＡ处理器选择Ｘｉｌｉｎｘ公司的Ｘｃ４ＶＳＸ５５—１２ＦＦｌｌ４８，该处理器片内资源十分丰富，包括５１２个ＸｔｒｅｍｅＤＳＰ单元，每个ＤＳＰ单元包含一个１８×１８ｂｉｔｓ乘法器，１个加法器，１个累加器；ＦＰＧＡ片内有３２０个ＢＬＯＣＫＲＡＭ，每个ＢＬＯＣＫＲＡＭ大小为１８ｂｉｔｓ×１ｋ，共计５７６０ｋｂｉｔｓ；配置单元（Ｓｌｉｃｅｓ）有２４５７６个，假设接收机带宽为５００ＭＨｚ，Ａ／Ｄ转换器的速率为１ＧＨｚ，量化位数为８ｂｉｔｓ，接收机输入信号为正交下变频后的Ｉ、Ｑ信号，信号滑动点数为６４。

将ＦＦＴ模块运行在２５０ＭＨｚ速率下，分别完成传统ＳＴＦＴ信道化接收机和多相滤波结构的信道化接收机，多相滤波结构的信道化接收机输入数据按４进行分组处理，分析其所占资源。

软件采用Ｘｉｌｉｎｘ公司的开发软件ＩＳＥｌ０．１，仿真信道数从６４到５１２的信道化接收机，接收机占用系统资源如表１所示。

裹ｌＦＰＧＡ实现信道化接收机的资源使用仿真结果信道数Ｎ类型ＦＰＧＡ资源６４１２８２５６５１２ＸｔｒｅｍｅＤＳＰ单元５６１１２２２４传统的存储器（ＢＬＯＣＫＲＡＭ）１２２４６４资源ＳＴＦＴ不够信道化４ｂｉｔ查找表（ＬＵＴ）５８５９１１６１８３０４６８无法配置单元（Ｓｌｉｃｅ）４０３０８０５２２２１８２接收机实现触发器（ＦｌｉｐＦｌｏｐ）６０９０１２１６８３２５３５基于多相ＸｔｒｅｍｅＤＳＰ单元３２６４１２８２５６滤波结构存储器（ＢＬＯＣＫＲＡＭ）６１２２８５８的ＳＴＦＴ４ｂｉｔ查找表（ＬＵＴ）２９６８５８３０１６０５８３２１１７信道化配置单元（Ｓｌｉｃｅ）２０７７４０９０１１４０５２２７６２接收机触发器（ＦｌｉｐＦｌｏｐ）３４５６６８３８１８１９７３６３０９示，可知该信号频率约为一１００．５ＭＨｚ，接收机各个信道的输出如图３（ｃ）所示，ｚ轴为信道号，Ｙ轴为时间，时间间隔６４ｒｌＳ，２轴为信道输出的模值，图３（ｄ）为图３（ｃ）的投影图，该信号在信道１１６为主输出，经过门限检测后可知其所对应的频率为一１０１．５６２５ＭＨｚ。

可以看出，在相同时频分辨条件下，基于多相滤波结构的ｓＴＦＴ信道化接收机比传统ＳＴＦＴ信道化接收机要占用更少的系统资源；在相同的系统资源下，基于多相滤波结构的”ＦＴ信道化接收机可以实现更多的信道数，即获得更高的频率分辨。

根据工程实际要求，作者设计和实现了一个基于多相滤波结构的宽带数字信道化侦察接收机的原理样机，接收机带宽为５００ＭＨｚ，Ａ／Ｄ转换器的速率为１ＧＨｚ，量化位数为８ｂｉｔｓ，接收机输入信号为正交下变频后的Ｉ、Ｑ信号，信道数１２８，信号滑动点数为６４，该接收机的信道带宽为１ＧＨｚ／１２８：７．８１２５ＭＨｚ，时间分辨率为６４Ｘ１嬲：６４ｎｓ。

图３实际侦收到雷达常规脉冲信号及接收机信道输出本接收机在实际环境中侦收到某些雷达信号，分别将接收机侦收到的某宽带雷达Ｃｈｉｒｐ信号，雷达脉冲宽进入接收机前的Ｉ路和Ｑ路数字信号和各个信道的输出结度约为５０ｐｓ，Ｉ和Ｑ信号如图４（ａ）所示，其频谱如图４（ｂ）果导入ＭＡＴＬＡＢ进行分析比对。

所示，可知该信号频率范围约为２０ＭＨｚ～２４０ＭＨｚ，带宽接收机侦收到的某雷达常规脉冲信号，雷达脉冲宽度约２２０ＭＨｚ，接收机各个信道的输出如图４（ｃ）所示，ｚ轴为约为０．５肛ｓ，Ｉ和Ｑ信号如图３（ａ）所示，其频谱如图３（ｂ）所信道号，ｙ轴为时间，时间间隔６４ｒｌＳ，２轴为信道输出的模万方数据·９２０·系统１＝程与电子技术第３２卷值，图４（ｄ）为图４（ｃ）的投影图，该信号在信道３～３１有输出，经过门限检测后可知其所对应的信号频率约为２３．４ＭＨｚ～２４２．２ＭＨｚ，带宽约为２１８．７５ＭＨｚ。

图４实际侦收到雷达Ｃｈｉｒｐ信号及接收机信道输出５结论本文提出了一种在传统ｓＴＦＴ宽带数字接收机基础上采用多相滤波的方法来构建改进的数字信道化接收机，并讨论了其在ＦＰＧＡ中的实现。

在相同时频分辨条件下，基于多相滤波结构的ＳＴＦＴ信道化接收机比传统ｓＴＦＴ信道化接收机要占用更少的系统资源；在相同的系统资源和时间分辨条件下，基于多相滤波结构的ＳＴＦＴ信道化接收机可以实现更多的信道数。

最后，通过实际原理样机系统验证了该方法的有效性。

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所以，必须要研究开发一种高效灵活，波形适应能力强，可扩展性好的接收机，以适应不断娈化的电子侦察环境的要求基于多相滤波的数字信道化接收机是目前软件无线电接收机中较好的解决方案，在实现宽带全概率截获的情况下，能够明显降低复杂度，提高实时信号处理能力所以，本文在这样的背景下，结合具体的研究项目，对基于多相滤波的数字信道化接收机中的信道化处理进行了系统的研究，并给出了一种用DSP实现的新方法，取得了部分研究成果主要内容为：首先，着重研究了软件无线电中的几种主要的接收机系统结构，并进行了分析和比较，针对基于多相滤波的数字信道化接收机，进行了理论分析和实现性的研究，并在此基础上，对基于多相滤波的信道化处理技术进行了系统仿真然后，根据项目的具体指标要求，对多相信道化的硬件实现进行了研究分析，提出了技术难点的解决途径，给出了DSP实现的系统框图，并对系统实现中的每个功能模块进行了基于DSP的设计和实现结合选用的DSP器件的特征，对处理数据和运算系数的存取进行了创新设计和实现，并且，对多相信道化处理的DSP程序实现也进行了创新设计和实现在所选DSP器件上实现了多相信道化的接收处理最后，对多相信道化处理系统在DSP中的运行进行了系统测试仿真，并分析了实验结果，验证了本方案的正确可行性另外，提出了方案的可改进之处，并总结了本文的工作2.期刊论文郑继刚.安涛.ZHENG Ji-gang.AN Tao宽带数字接收机信道化测频技术-舰船电子对抗2007,30(3)介绍了宽带数字接收机的组成,论述了采用多相滤波器组实现数字频率信道的方法,并分析了宽带数字接收机所能达到的性能,给出了仿真结果.3.学位论文石远东宽带数字接收机信道化及其相关技术的研究与实现2006在电子对抗领域中，雷达信号的频率信息是信号分选、威胁识别、引导干扰的重要参数。