一种基于FPGA的多通道解调系统的制作方法

一种基于fpga的多通道解调系统
技术领域
1.本实用新型属于无线电技术领域，尤其是涉及一种基于fpga的多通道解调系统。


背景技术：

2.由天线接收的电磁信号被送入接收机。理想的接收机抑制所有不需要的噪声，包括其他信号，并对需要的信号不增加任何噪声或干扰。不管信号的形式或格式如何，它都可以变换，以适合信号处理器检波电路所要求的特性，然后再送到智能用户接口。伴随着软件无线电技术日益蓬勃发展，全数字机接收机往往需要同时处理多路不同频段的信号，不同音频信号需要的解调方式也不同，但现有的多路信号处理解调系统需要多个处理链路，结构复杂，使用不灵活，处理效率低，资源消耗较高。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种基于fpga的多通道解调系统，以解决现有多路信号处理解调系统使用不便的问题。
4.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
5.一种基于fpga的多通道解调系统，包括数字下变频模块、解调模块、命令模块、以及输出结果选择模块；所述数字下变频模块、解调模块以及输出结果选择模块依次连接，数字下变频模块、解调模块以及输出结果选择模块均与命令模块连接；所述解调模块包括并行的am解调单元、ssb解调单元、isb解调单元、以及cw解调单元，am解调单元、ssb解调单元、isb解调单元、以及cw解调单元的输入端均与数字下变频模块连接，输出端均与输出结果选择模块连接。
6.进一步的，所述数字下变频模块采用十六通道窄带ddc模块。
7.进一步的，所述am解调单元和cw解调单元均采用包络检测法解调单元。
8.进一步的，所述ssb解调单元采用维弗法解调单元。
9.进一步的，所述isb解调单元采用希尔伯特滤波器转相法解调单元。
10.相对于现有技术，本实用新型所述的一种基于fpga的多通道解调系统具有以下优势：
11.本实用新型提供了一种基于fpga的多通道解调系统，通过利用时分复用的流水线处理方式，使用一个链路处理多路信号，节省了fpga资源，通过同时进行四种方式的解调，使得各种解调结果同时输出供命令模块选择，最后根据命令模块的命令选择将对应的解调结果作为最终结果进行输出，用法更加灵活，节省了资源，更适合工程层面应用。
附图说明
12.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
13.图1为本实用新型实施例所述一种基于fpga的多通道解调系统的信号处理框图；
14.图2为本实用新型实施例所述一种基于fpga的多通道解调系统中am解调单元的信号处理框图；
15.图3为本实用新型实施例所述一种基于fpga的多通道解调系统中cw解调单元的信号处理框图；
16.图4为本实用新型实施例所述一种基于fpga的多通道解调系统中ssb解调单元的信号处理框图；
17.图5为本实用新型实施例所述一种基于fpga的多通道解调系统中isb解调单元的信号处理框图。
具体实施方式
18.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
19.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
20.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
21.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
22.一种基于fpga的多通道解调系统，如图1至图5所示，包括数字下变频模块、解调模块、命令模块、以及输出结果选择模块；所述数字下变频模块、解调模块以及输出结果选择模块依次连接，数字下变频模块、解调模块以及输出结果选择模块均与命令模块连接；所述解调模块包括并行的am解调单元、ssb解调单元、isb解调单元、以及cw解调单元，am解调单元、ssb解调单元、isb解调单元、以及cw解调单元的输入端均与数字下变频模块连接，输出端均与输出结果选择模块连接。
23.上述数字下变频模块采用十六通道窄带ddc模块，在实际应用过程中也可以根据需要选择其他多通道ddc模块。
24.上述am解调单元和cw解调单元均采用包络检测法解调单元；包络检波(envelope-demodulation)是基于滤波检波的振动信号处理方法，尤其对初期故障和信噪比较低的故障信号识别能力强。将一段时间长度的高频信号的峰值点连线，就可以得到上方(正的)一条线和下方(负的)一条线，这两条线就叫包络线。包络线就是反映高频信号幅度变化的曲
线。对于等幅高频信号，这两条包络线就是平行线。当用一个低频信号对一个高频信号进行幅度调制(即调幅)时，低频信号就成了高频信号的包络线。从调幅信号中将低频信号解调出来的过程，就叫做包络检波。也就是说，包络检波是幅度检波。包络检波常用的方法是采用二极管进行单向过滤后再进行低通滤波。
25.上述ssb解调单元采用维弗法解调单元。维弗法具有移相法正交调制的有点，又可避免对调制信号带宽移相90
°
，只需对单一频率的载波移相。
26.上述isb解调单元采用希尔伯特滤波器转相法解调单元；希尔伯特滤波器(又称移相器)，希尔伯特滤波器转相法(即希尔伯特变换法)是为了滤除复频谱分量得到解析信号，所以希尔伯特变换是一种正交变换，由该变换可以产生实信号的解析信号。
27.本实用新型在fpga中实现了多通道音频信号解调系统，该系统充分利用fpga的优势，并通过时分复用的思想对资源做了优化，具有准确度高、使用灵活、资源消耗低等优点，该系统可以灵活应用于多种基带数据处理场景，包括短波/超短波采集、侦察等场景。
28.其中，数字agc处理采用的方案是：首先使对16路信号进行窄带ddc处理，然后将16路并行转化为串行送入解调模块；对串行进入的多通道信号进行am、ssb、isb和cw解调，并根据命令模块的命令配置选择各路的解调方式结果，使用起来更加灵活，只需调整命令模块中的命令配置，即可得到不同解调方式的解调结构，操作简便。
29.通过时分复用的方式实现多通道信号的解调：本实用新型中包含16个通道，每个通道可选择am、ssb、isb和cw四种解调方式。如果不采用复用的方式则消耗资源极大。因此对于多路并行数字信号，可以利用其采样占空比使用fifo转化为串行传输。本实用新型利用时分复用的流水线处理方式，使用一个链路处理多路信号，节省了fpga资源。
30.在实际应用过程中，由于接收机无法获知接收信号的准确频点和相位，因此本实用新型采用非相干的解调方式进行音频信号的解调。对于am、cw采用包络检测法解调，对于ssb采用维弗法解调，isb采用希尔伯特滤波器转相法解调。
31.具体的实现方式如下：
32.多通道解调系统信号处理框图如图1所示：信号首先进入十六通道窄带ddc模块进行抽取、变频和低通滤波得到想要的带宽的基带iq数据，利用命令模块可以对各通道窄带ddc的带宽等参数进行配置，随后将16路并行iq数据变为串行进入解调模块；在解调模块中16路串行的数据同时进行四种方式的解调，可利用命令模块调制各种解调单元的处理延时使得各种解调结果同时输出，输出结果选择模块根据命令模块的命令选择对应的解调结果作为最终结果进行输出。
33.am解调单元处理框图如图2所示：信号进行完十六通道窄带ddc模块的处理之后串行的形式进入am解调模块，对各通道窄带ddc信号的iq路数据求平方根。随后对16路信号的平方根进行去直流操作，示例的，可利用去直流模块对各路信号累加512个数据点求平均，再用16路信号分别减去对应的平均值完成去直流操作，最后将结果输出。
34.cw解调单元处理框图如图3所示：信号进行完十六通道窄带ddc模块的处理之后串行的形式进入cw解调模块，对各通道窄带ddc信号的iq路数据求平方根。随后对16路信号的平方根分别与对应的16路dds(信号发生器)产生的正弦波信号相乘以调整信号频点，16路dds产生的正弦波频率由命令模块配置。
35.ssb解调单元处理框图如图4所示：ssb解调需要十六通道窄带ddc模块和ssb解调
模块共同配合完成。在十六通道窄带ddc模块的窄带ddc链路中对信号进行第一次频点搬移，搬移的频率为载波频率(ωc)
±
调制信号带宽的二分之一(ωm/2)，当希望进行usb解调时为+，希望进行lsb解调时为—，通过命令模块进行配置。信号进行低通滤波后进入ssb解调模块进行第二次频点搬移，搬移的频率为调制信号带宽的二分之一(ωm/2)，最后将i、q路信号相
±
得到解调结果，进行usb解调时为+，进行lsb解调时为—，由命令模块控制。
36.isb解调单元处理框图如图5所示：信号进行完十六通道窄带ddc模块的处理之后串行的形式进入isb解调模块，q路数据通过希尔伯特滤波器将相位偏移90
°
，i路数据做时延(延迟)处理来和q路数据进行对齐。最后将i、q两路数据做
±
，将
±
结果同时输出，作为解调的iq路数据。
37.本实用新型提供了一种基于fpga的多通道解调系统，通过利用时分复用的流水线处理方式，使用一个链路处理多路信号，节省了fpga资源，通过同时进行四种方式的解调，使得各种解调结果同时输出供命令模块选择，最后根据命令模块的命令选择将对应的解调结果作为最终结果进行输出，用法更加灵活，节省了资源，更适合工程层面应用。
38.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。