软件无线电数字中频系统的设计与实现

软件无 线 电的 基 本 思想 是 将 模数 （A/D ）、 数 模 （D/A ） 变换 尽 可 能 的 靠 近 天 线 ，尽 量 减 少 模 拟 信 号 处 理 环 节 ，用 功 能 化 的 软 件来 完 成 尽可 能 多 的无 线 电 台功 能 ， 通 过软 件 更 新 改 变 硬 件配 置 结 构 ， 实 现 新 的功 能 ， 软 件无 线 电 采用 标 准 的 、 高 性 能的开放式总线结构 ，以利于硬件模块的不断升级和扩展 [1-2]。 数 字中 频 系 统是 负 责 连接 基 带 部分 和 射 频部 分 ， 是 整 个 软 件 无线电系统信号处理和控制的核心 。 本文设计了一种数字中 频信 号 处 理系 统 的 通用 硬 件 平台 ， 具 有 模块 化 、 开 放 性 、 可 扩 展性 等 特 点 ， 能 兼 容 不同 带 宽 、 不同 制 式 的信 号 ， 并 利 于 系 统 的后续升级 ， 符合未来无线通信的需求 。
Design and implementation of a digital intermediate frequency system in software radio
WANG Ning1， ZHANG Jie1， ZHANG Hao2， LONG Fei2
（1. College of Electronic Information ， Northwestern Polytechnical University ， Xi ’an 710072 ， China ；
号数字化后的处理任务由现场可编程门阵列 （Field Programmable
Gate Array ， FPGA ） 来 完成 ； 在 发 射链 路 ，FPGA 处 理后 的 数 据
经 过 插 值 滤 波 、 数 字 上 变 频 ， 经 过 D/A 器 件 数 模 转 换 后 ， 输 出 模 拟 中 频 信 号 ，再 经 射 频 模 块 调 制 到 射 频 后 ，经 天 线 发 送 出去 。
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系统设计关键技术
系统 硬 件平 台 主 要由 中 频 采样 模 数 转 换 、 中 频 输 出 数 模
转换以及核心处理器件 FPGA 3 部 分 组成 。 假 设 本系 统 带 宽 为 25 MHz ， 下 行 信 号 中 心 频 率 为 130~150 MHz ； 上 行 信 号 中 心频率为 85~105 MHz 。
2. Institute of Microelectronics Chinese ， Beijing 100029 ， China ） Abstract: Presented a digital intermediate frequency system based on software radio technology ， and describes the basic structure of digital intermediate frequency system， then analysises the important parts of the performance requirements ， and gives the implementations solution， finally gave the system test results. Key words: software radio ； digital IF system ； bandpass sampling ； digital up/down conversion
第 20 卷
第 23 期
电子设计工程
Vol.20
No.23
Electronic Design Engineering
2012 年 12 月 Dec. 2012
软件无线电数字中频系统的设计与实现
王 宁 1， 张 捷 1， 张 浩 2， 龙 飞 2
（1. 西北工业大学 电子信息学院 ， 陕西 西安 710072 ； 2. 中国科学院微电子研究所 北京 100029 ） 摘要 ： 提出了一 种 基于 软 件 无线 电 技 术的 数 字 中频 系 统 的实 现 方 案 ， 介 绍 了 数字 中 频 系统 的 基 本结 构 ， 对 其中 重 要 部分的性能要求作了分析 ， 并给出了实现方案 ， 最后给出了系统测试结果 。 关键词 ： 软件无线电 ； 数字中频系统 ； 带通采样 ； 数字上下变频 中图分类号 ： TN91 文献标识码 ： A 文章编号 ：1674－6236 （2012 ）23-0120-04
Fig. 1
图 1 数字中频系统总体结构框图 General block diagram of digital intermediate frequency system
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使 之 成 为 数 字 信 号 ，因 此 现 在 一 般 采 取 宽 带 中 频 采 样 ，即 通 过 射 频 前端 预 处 理把 射 频 信号 变 换 为中 心 频 率 适 中 、 带 宽 适 中 的 宽 带 中 频 信 号 后 ，再 进 行 采 样 处 理 ，这 样 就 大 大 减 轻 了 后续 A/D 转换器和 FPGA 处理负担 。 因此对 A/D 变换器的要 求主要是采样速率和采样位数 。 宽带中频采样设计的步骤是 根 据 系 统 带 宽 和 对 A/D 转 换 器 的 信 噪 比 等 要 求 来 确 定 A/D 转换器的采样速率和转换位数 ，以此来确定 A/D 器件的选择 。 针 对 不 同 应 用 的 接 收 机 ，需 选 择 不 同 的 采 样 技 术 ，进 而
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数字中频系统总体结构
数字中频系统总体结构框图如图 1 所示 。
2.1
模数转换器件 在软 件 无线 电 通 信系 统 设 计中 ， 接 收 的 射 频 信 号 经 射 频
前端 混 频 处理 后 ， 变 成宽 带 中 频信 号 。 从 现 有 的 技 术 和 器 件 水平 来 看 ， 由于 模 数 转换 器 件 的信 噪 比 和动 态 范 围 等 指 标 还 不 能 满 足射 频 采 样的 要 求 ， 多在 中 频 对信 号 进 行 量 化 处 理 ，