一种基于FPGA的窄带DDC时分复用方法与流程

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于fpga的窄带ddc时分复用方法。
背景技术：
：目前短波、超短波信道化处理技术是通信领域中无线电基带处理技术中一种非常有前景的接收体制。由于接收系统多通道多子带、支持高数据传输带宽的特性，资源使用率会成为很大的瓶颈，这就需要资源高度复用的时分复用技术来分担资源消耗，实现各个子带信道之间的并行运算。因此，研发一种基于fpga的窄带ddc时分复用方法是个亟待解决的问题。技术实现要素：本发明要解决以上技术问题，提供一种基于fpga的窄带ddc时分复用方法，使得各个子带信道之间可以实现并行运算，充分体现了资源高效复用的特点。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于fpga的窄带ddc时分复用方法，其过程如下：1、对采集到的模拟信号进行采样；2、对采集到的模拟信号进行下变频；3、对采集到的模拟信号进行二次采样；4、对二次采样后的信号通过低通滤波器进行窄带滤波处理；5、对处理后的数据进行组帧。进一步的，在步骤一中，由ad直接对采集到的中频模拟信号进行采样，采样速率为200mhz，信号位宽16位。进一步的，在步骤二中，使用载波混频方式进行下变频，采用乘法器与dds核产生的载波混频，减少处理过程中的延迟。进一步的，在步骤三中，使用cic滤波器和fir滤波器级联的方式实现二次采样。具体为：第一级滤波器选择cic抽取滤波，抽取倍数设定为40。第二级滤波器选择fir抽取滤波，第二级抽取倍数为5，工作频率为5mhz，通带截止频率400khz，阻带截止点600khz，带内平坦度为1db，组带衰减80db。进一步的，在步骤五中，数据处理完成后，将其按照处理路数进行组帧，计算最大接口速率，选择合适的传输方式将组帧数据传出。本发明具有的优点和积极效果是：信道化数据处理具有宽瞬时频率覆盖带宽，以此来适应对高密集信号的处理。基于资源复用相关理论，采用可编程逻辑器件完成工程实现，减少了资源消耗。本技术可以应用于无线电信号探测系统中，也可以结合其他基础无线电处理技术应用于无线电通信领域，具有良好的应用前景。附图说明图1是本方法的流程图；图2是fir抽取滤波器幅频响应图；图3是整体链路资源消耗图。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。无线电基带处理技术主要由四个部分构成：第一部分是对采集到的模拟信号进行相应的波形预处理，主要是对信号进行滤波整形等相关操作；第二部分是对信号频率进行调整，即宽带ddc处理和信号预处理；第三部分是对信号进行速率的调整，即二次采样包括抗混叠滤波和抽取；第四部分是对信号窄带滤波、时同信号标识、组帧和数据流排列控制，目的在于滤取窄带信号，配合完成平台处理数据的传输。如图1所示，一种基于fpga的窄带ddc时分复用方法，其过程如下：一、对采集到的模拟信号进行采样由ad直接将中频信号进行采样，采样速率为200mhz，信号位宽16位二、对采集到的模拟信号进行下变频采样之后的第一个处理过程是下变频，目的是将宽带信号中的对应频点搬移到基带，并产生i、q两路基带信号。变频环节使用载波混频方式，直接乘法器与dds核产生的载波混频，减少处理过程中的延迟。三、对采集到的模拟信号进行二次采样由于采样速率为200mhz，最终窄带带宽为800khz，直接滤波的滤波器阶数太高无法设计，这就需要进行二次采样，抽取200倍将速率降至可设计范围。加之，在较宽频带范围内设计800khz窄带信号需要大量复用才可以保证资源分配。二次采样环节的抽取滤器有cic滤波器、hb滤波器以及最基本的fir滤波器，cic可以抽取任意倍数，但带内平坦度性能不佳，hb在带内平坦度上优于cic滤波器，但只能抽取2的n次幂，而且以上2种滤波器在资源利用率上优于fir，但带外抑制和过度带陡峭程度上的性能均逊于fir。由于抽取倍数中出现了5，且对带外抑制和过度带陡峭程度要求较高，所以链路使用cic和fir级联的方式实现二次采样。第一级抽取将面临三种选择：1)不经滤波，直接2倍抽取。由于采样速率为200mhz，变频后信号的最大频点为126mhz，则直接抽取不会引起有效信号的混叠。2)直接使用cic滤波器，进行5的2n次倍抽取。3)直接使用fir滤波器器，进行2的n次幂倍抽取。选择5阶级联cic，延时设定为1，抽取倍数达到80时，通带特性和阻带衰减特性开始下降，当抽取倍数达到80时，通带特性和阻带特性均急剧下降，无法满足设备要求，所以第一级滤波器选择cic抽取滤波，抽取倍数设定为40。第二级抽取倍数为5，工作频率为5mhz，通带截止频率400khz，阻带截止点600khz，带内平坦度为1db，组带衰减80db，幅频响应如图2所示。整体二次采样环节使用逻辑资源和dsp资源都很多，必须使用时分复用，在下面主要讨论复用的设计和实现。四、对二次采样后的信号通过低通滤波器进行窄带滤波处理窄带滤波目的是将800khz信号提取出来，经过二次采样后此时采样率位1mhz，同时尽量优化带内平坦度和带外衰减，经fir。五、对处理后的数据进行组帧数据处理完成后，将其按照处理路数进行组帧，计算最大接口速率，选择合适的传输方式将组帧数据传出。下面结合具体实施例说明。一种基于fpga的窄带ddc时分复用方法，其过程如下：1)采样采样需选择采样率大于200msps、位宽16位的ad转换芯片，同样需要考虑芯片sfdr和snr性能。2)下变频选用dds混频模式，其单路处理消耗资源见表1：表1下变频资源使用情况3)二次采样复用模式可以减少资源消耗，有效处理多通道多窄带信息系统。在系统时钟与处理时钟有较大倍数时可以使用复用模式，这样相当于用时间换资源。数据速率为5mhz，在200mhz的采样时钟下可以实现32路和40路复用，抽取滤波见表2：表2fir抽取滤波器复用资源使用情况抽取firreglutsramdsp复用32路28624506复用40路29443506抽取滤波之后，数据速率为1mhz，在200mhz的采样时钟下，低通滤波器可以实现32路、40路、50路和64路复用，资源消耗见下表：4)低通滤波表3低通滤波器复用资源使用情况低通firreglutsramdsp复用32路39430236复用40路45053537复用50路56368549复用64路6971269612随着复用路数的增多，逻辑资源和dsp上涨速度很快，尤其是50路到64路，逻辑资源有685上升到1269，dsp资源有9上升到12。通过实际通道和子带数的权衡，选用50路复用。5)组帧数据处理完成后，将其按照处理路数进行组帧，接口速率＝16b(位宽)*200(路数)*1m/s(子带速率)＝3.2gb/s，选择合适的传输方式将组帧数据传出。系统时钟是采样时钟的两倍，可以将下变频模块的乘法器和cic也进行两路复用，这样也可以节省资源，通过资源的高度复用，最后整个链路在xilinx公司的v7690t芯片的资源占用率见图3。本基于fpga的窄带ddc时分复用方法是采用可编程逻辑器件完成工程实现。有以下几个特点：1)提高了滤波器的资源利用率；2)降低了资源消耗，能够更好的实现实时处理；3)各个子带信道之间可以实现并行运算充分体现了资源高效复用的特点。以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。当前第1页12