一种基于软件无线电的零中频接收机系统及其接收方法与流程

本发明属于无线电技术领域，具体涉及一种基于软件无线电的零中频接收机系统及其接收方法。

背景技术：

软件无线电是近几年出现的一种新的通信技术，它突破了以前不同通信功能和频段的通信平台不能相互通信的弊端。现有的软件无线电平台使用离散器件搭建，且搭建出来的软件无线电平台器件功耗大，成本高，需要技术人员具有丰富的硬件设计和射频信号处理的经验，对软件方面的门槛要求高。而且随着3g、4g甚至是5g通信标准的共存，全球存在多个频段，传统的软件无线电设计方案需要不同的硬件平台支持不同的通信协议和频段，开发周期长，设计成本高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种兼容性好、信息处理快的基于软件无线电的零中频接收机系统及其接收方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种基于软件无线电的零中频接收机系统，包括软件无线电模块、fpga模块和时钟模块；软件无线电模块和时钟模块相连接，软件无线电模块和时钟模块均通过spi总线与fpga模块相连接；

该软件无线电模块用于接收射频信号，将射频信号处理为基带信号，并传输至fpga模块；时钟模块用于向fpga模块和软件无线电模块同步传输时钟信号；fpga模块用于将接收的基带信号转变为原始信号。

进一步地，该软件无线电模块包括i路和q路两个支路，i路和q路均包括依次相连接的低噪声放大器、混频器、跨阻放大器、低通滤波器，a/d转换模块、cic滤波器、hb滤波器和fir滤波器；两个低噪声放大器的输入端均与射频模块相连接；两个fir滤波器均用于与fpga模块相连接；软件无线电模块还包括一个数控振荡器，数控振荡器与i路和q路的混频器均相连接。

本发明公开了一种基于软件无线电的零中频接收机系统的接收方法，使用上述的一种基于软件无线电的零中频接收机系统，该接收方法如下：

射频信号分两路分别输入对应的i路和q路的低噪声放大器，低噪声放大器放大接收的射频信号的小信号，然后将放大后的射频信号传输至混频器，同时，混频器接收数控振荡器传输的频率信号，进行混频，将高频射频信号下变频为对应的i和q基带信号，传输至对应的跨阻放大器，对应的跨阻放大器将接收到的对应的基带信号，去除杂波，传输至对应的低通滤波器，对应的低通滤波器滤出放大后的基带信号中的较高频率的信号，通过对应的a/d转换模块传输至对应的cic滤波器，对应的cic滤波器对经过处理的基带信号进行高速收取滤波，降低基带信号的频率；传输至对应的hb滤波器，对应的hb滤波器进行高速抽取滤波，用于降低基带信号的频率，得到对应的低通基带信号频率，传输至对应的fir滤波器，对应的fir滤波器补偿低通基带信号，对低通基带信号整形和匹配滤波，传输至fpga模块。

本发明基于软件无线电的零中频接收机系统及其接收方法具有如下优点：1.组件少，降低开发成本及周期，且操作简单，同时还可以实现功能升级与即使系统更新。2.数控振荡器可调频率，实现对对新、旧体制电台的兼容。3.使通信协议可编写，实现和其他任意电台建立通信关系，并可将其视作为其他电台的射频中继，4.选用串联的cic滤波器、hb滤波器和fir滤波器，降低了采样速率，能够接收高频率射频信号，实现了信息的高速传输，实现了能够接收高频率射频信号，信息处理更快。

附图说明

图1为一种基于软件无线电的零中频接收机系统的结构示意图；

图2为本发明中软件无线电模块的结构示意图；

其中：1.软件无线电模块；1-1.低噪声放大器；1-2.混频器；1-3.跨阻放大器；1-4.低通滤波器；1-5.a/d转换模块；1-6.cic滤波器；1-7.hb滤波器；1-8.fir滤波器；1-9.数控振荡器；2.时钟模块；3.fpga模块。

具体实施方式

本发明一种基于软件无线电的零中频接收机系统，如图1所示，包括软件无线电模块1、fpga模块3和时钟模块2；软件无线电模块1和时钟模块2相连接，软件无线电模块1和时钟模块2均通过spi总线与fpga模块3相连接；软件无线电模块1用于接收射频信号，将射频信号处理为基带信号，并传输至fpga模块3；时钟模块2用于向fpga模块3和软件无线电模块1同步传输时钟信号；fpga模块3用于将接收的基带信号转变为原始信号。原始信号可以是视频图片信号，该信号可以通过视频图像处理，通过显示屏显示出视频和图像。也可以是单纯的数字信号，通过显示屏显示出想要的信息。采用ofdm解调方式，不仅能传输语音信息，还能传输图像，传真等信息，满足现有的数据传输多样化的需求。

上述时钟模块2为软件无线电模块1与fpga模块3提供同步时钟，本发明中选用hmc7043，其最高工作频率可达8ghz，具有整数模式和小数模式。噪声基底在整数模式下为-233dbc/hz，小数模式下为-230dbc/hz；采用delta-sigma调制技术改善了分数杂散性能并有周期滑步抑制功能，最高参考输入频率高达350mhz，在整数模式下鉴相频率最高为115mhz，在小数模式下鉴相频率最高为100mhz，最小可至dc；该芯片有八个供电引脚，其中电荷泵部分的供电电压为5v，其他供电均为3.3v；5v电流典型值6ma；3.3v电流典型值52ma，完全满足设计需要。

上述fpga模块3选用xilinxzynq板，zynq板从架构上可以划分为两大模块，一个是处理器系统ps，另一个是可编程逻辑pl，ps由apu、内存接口、io外设、互连线4大模块组成。pl部分包含：可配置逻辑，36kb块ram，dsp切片，可编程io块xadc。

如图2所示，该软件无线电模块1包括i路和q路两个支路，i路和q路均包括依次相连接的低噪声放大器1-1、混频器1-2、跨阻放大器1-3、低通滤波器1-4，a/d转换模块1-5、cic滤波器1-6、hb滤波器1-7和fir滤波器1-8；两个所述低噪声放大器1-1的输入端均与射频模块相连接；两个fir滤波器1-8均用于与fpga模块3相连接；软件无线电模块1还包括一个数控振荡器1-9，数控振荡器1-9与i路和q路的混频器1-2均相连接。i路和q路分别得到的是和i,q两路信号分别为信号的同相分量和正交分量，它们携带着所有有用的信号。

本发明公开了一种基于软件无线电的零中频接收机系统的接收方法，使用上述的一种基于软件无线电的零中频接收机系统，该接收方法如下：

射频信号分两路分别输入对应的i路和q路的低噪声放大器1-1，所述低噪声放大器1-1放大接收的射频信号的小信号，然后将放大后的射频信号传输至混频器1-2，同时，所述混频器1-2接收数控振荡器1-9传输的频率信号，进行混频，将高频射频信号下变频为对应的i和q基带信号，传输至对应的跨阻放大器1-3，对应的跨阻放大器1-3将接收到的对应的基带信号，去除杂波，传输至对应的低通滤波器1-4，对应的低通滤波器1-4滤出放大后的基带信号中的较高频率的信号，通过对应的a/d转换模块1-5传输至对应的cic滤波器1-6，抽取因子选择为8，对应的cic滤波器1-6对经过处理的基带信号进行高速收取滤波，降低基带信号的频率；传输至对应的hb滤波器1-7，抽取因子选择为2，对应的hb滤波器1-7进行高速抽取滤波，用于降低基带信号的频率，得到对应的低通基带信号频率，传输至对应的fir滤波器1-8，对应的所述fir滤波器1-8补偿低通基带信号，对低通基带信号整形和匹配滤波，传输至fpga模块3。cic滤波器1-6、hb滤波器1-7和fir滤波器1-8的采样速率可以通过更改抽取系数来进行调整，从而产生需要的输出数据速率。

本发明中基于软件无线电的零中频接收机系统用于无线图像传输，无人机图像采集，远距离视频监控等超高频图像、视频通信射频信号。射频范围如下：39ghz～43ghz,增益g为30db,回波损耗s<-20db。

上述低噪声放大器1-1选择hmc1127，工作频率范围为2ghz至50ghz，增益14.5db，ip3输出为23dbm和输出功率为12.5dbm(1db增益压缩)，采用+5v电源功耗为80ma。hmc1127放大器i/o内部匹配50ω阻抗。

上述低通滤波器1-4选用adrf6520，adrf6520连续增益控制范围为54db，采样带宽为bw＝160mhz(1mhz～1800mhz)，信号带宽为b＝80mhz,滤波器旁路模式i或q带宽(bw)，±1db增益平坦度大于1250hz，4极点巴特沃兹滤波器i或q带宽为36mhz至720mhz，rms检波器imd3大于55dbc(1.5vp-p复合输出)，hd2、hd3>55dbc(1.5vp-p输出)，噪声系数为0.4db(最大增益时)nf<11db(vga2增益回退：12db)，并设置差分输入阻抗为100ω、低阻抗输出，提供宽带rms检波器，用于监控滤波器输入端的信号。

上述a/d转换模块1-5选用ad9461，量化位数14，采样率170mhz，双通道输入。32kbfifo深度(133msps)，通过adcanalyzer^tm实时fft测量性能，并进行时域分析，分析snr、sinad、sfdr和谐波，支持具有串口、端口、接口(spi)的adc，内置6v、2a开关电源，无需外接电源。

上述cic滤波器1-6作为抽取的第一级，可实现8倍的抽取，输入cic滤波器1-6的初始基带信号频率为40.96mhz，带宽为4mhz，此过程中cic滤波器1-6对40.96mhz的基带信号波形实现8倍抽取，输出信号频率降为5.12mhz。

上述hb滤波器1-7作为抽取的第二级，实现2倍的抽取，抽取因子固定为2，可完成采样率降低一半的要求，本实施例中，输入hb滤波器1-7的基带信号频率是5.12mhz，带宽为4mhz，经过hb滤波器1-7的2倍抽取，输出的低频的基带信号的频率为2.56mhz。fir滤波器1-8作为多级抽取的第三级，用于作为下变频中的补偿滤波，以实现对整个信道的整形滤波，也可作为匹配滤波器。

上述数控振荡器1-9选用ad9831，ad9831时钟输入采用差分输入，芯片上集成有一个相位累加器、一个正弦表和一个10位的d/a转换器，能够进行信号的相位和频率调制，其时钟频率最高可达25mhz。配合相应算法及程序可以发出单频、fsk、psk等多种规则信号和一些专用特殊信号。片内10位dac，无杂散动态范围(sfdr)为72db，在5v时功耗为125mw，3v时功耗为40mw。通过控制ad9831内部两个32位频率寄存器可以控制其输出信号的频率，通过控制其内部四个12位相位寄存器可以控制输出信号的相移。注意ad9831只有16根数据线，在对32位频率寄存器进行操作时需分高16和低16位两部分进行。所需的频率寄存器与输出信号频率，相位偏移寄存器与输出信号偏移量的对应关系由式1和式2给出：

1，其中，freq为32位频率寄存器的内容；

2，其中，phasereg为12位相位便宜寄存器的内容。