无线调频广播信号数字中继ip核及收发信机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线调频广播信号数字中继的IP核及采用该IP核的收发信机，属于无线通信技术领域。
【背景技术】
[0002]随着无线通信与芯片技术的迅猛发展，以及地下轨道交通的日益扩大，而地下隧道又会对广播信号产生衰减和隔绝的作用，使得地下人员，如地铁乘客，不能够接收电台调频广播信号，因此实现对广播信号的地下覆盖尤其重要。
[0003]为了克服外界各种因素对收发信机输入信号的影响，需要使用自动增益控制(AGC)技术。随着收发信机性能的不断改善，对AGC系统的要求也越来越高。但是收发信机只能解决信号整体幅度的增大或减小，并不能实现每个信道的幅度均衡。
[0004]在数字信号处理中，采用扰码加密措施，用来进一步区分接收的调频信号和已处理的发射信号，同时抑制数据中长连“O”和长连“1”，降低系统误码率。而传统串行扰码技术不能产生高速率的扰码，满足不了当前技术下的数字信号的高速处理。
[0005]传统的数字中继技术采用不可重构硬件电路方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种无线调频广播信号数字中继IP核，由此构建的无线射频收发信机来实现广播信号的盲区填充覆盖。
[0007]为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种无线调频广播信号数字中继IP核，其特征在于，包括微处理器和FPGA，微处理器先启动后或控制FPGA实现功率均衡和加扰码，或控制FPGA实现解扰码和时延均衡。
[0008]优选地，所述功率均衡包括如下步骤:
[0009]步骤Al、截取η个所需频段；
[0010]步骤Α2、求每个频段的信号接收功率，判断当前频段的信号接收功率是否等于参考功率，若相等，则当前频段内的所有信号保持不变，若不相等，则判断当前频段的信号接收功率是否小于参考功率，若是，则当前频段内的所有信号整体增大，若不是，则当前频段内的所有信号整体减小。
[0011 ] 优选地，在所述步骤Α2后还包括:
[0012]步骤A3、在码流中插入周期码组，用于标识码流的特定位置，这样便于检测和识另|J，同时将码流发送到数字信道I到η中，各信道的时延为Cl1 (t)到dn(t)，各信道时延均独立，实现时延均衡的预处理
[0013]优选地，所述加扰码包括生成扰码模块和处理扰码模块，其中:
[0014]生成扰码模块是通过调用查找表得到扰码序列；
[0015]处理扰码模块是根据生成扰码模块生成的扰码序列对输入数据进行加扰码处理。
[0016]优选地，所述查找表是根据移位寄存器相邻时刻不同位之间的相互关系确定的矩阵。
[0017]优选地，所述查找表具体通过以下方法生成:
[0018]根据传输系统带宽所能传输的数据量以及η路信道的信号经过所述功率均衡后存在的时延，确定反馈移位寄存器的位数q，即存在q个存储单元，i和j是其中的存储单元，i，j小于q ;i和j异或后的输出值反馈到第一级存储单元中，如果每次并行输出k比特的扰码，这样分别对这种状态类型计算k比特的扰码，由q，i，j这三个参数的取值确定查找表。
[0019]优选地，所述解扰码是根据所述生成扰码模块生成的扰码序列对输入数据进行解扰码处理。
[0020]优选地，所述时延均衡包括如下步骤:
[0021]步骤B1、码流中插入周期码组，用于标识码流的特定位置，同时将码流发送到数字信道I到η中，各信道的时延为Cl1 (t)到dn(t)，且各信道时延均独立；
[0022]步骤B2、判断码流的有效性，再检测周期特定的码组，标定在本信道码流中的位置，计算每条信道的周期特定码组间的位置差，dln(t)表示信道I和信道η之间的位置差；
[0023]步骤Β3、有效的码流进入FIFO缓存，根据信道间的位置差调整各信道缓冲器长度，时延大的信道应剪短缓冲器G1 (t)个单位长度，时延小的信道应增大缓冲器Gn (t)个单位长度，且GJt) <Gn(t),Gn(t)-G1(t) =dln(t)，n路信道的信号经过各自的调整后的信道缓冲器统一输出。
[0024]本发明的另一个技术方案是提供了一种基于上述的IP核的收发信机，其特征在于，包括接收端电路和发射端电路，其中:
[0025]接收端电路将从设定的广播频段接收到的射频信号搬到零中频，实现数字下变频，信号读取进来先存入FIFO接口，通过对内部控制寄存器的设置，对输入信号进行处理后利用上述的IP核一对接收到的信号进行功率均衡和加扰码，再通过频谱搬移技术将处理后的信号搬移到广播频段中的闲置频段，通过无线传输到达另一个收发信机，进行第二次频谱搬移。
[0026]本发明的另一个技术方案是提供了一种基于上述的IP核的收发信机，其特征在于，包括接收端电路和发射端电路，其中:
[0027]接收端电路将从广播频段中的闲置频段接收到的射频信号搬到零中频，实现数字下变频，信号读取进来先存入FIFO接口，通过对内部控制寄存器的设置，对输入信号进行处理后利用上述的IP核二对接收到的信号进行解扰码和时延均衡，再通过频谱搬移技术将处理后的信号搬移到设定的广播频段，通过无线传输出去。
[0028]本发明通过设计IP核来实现对每个信道的功率均衡。当接收到弱信号时，信道的增益变强；而接收比较强的信号时，信道的增益则变弱。输出信号保持适当的电平，既避免了收发信机发生饱和，也不会因为输入信号太小而无法正常工作。
[0029]本发明利用FPGA的并行性、可重构性和芯片内硬件资源，降低硬件电路复杂程度，实现可靠的功率谱均衡和时延均衡。同时采用可编程的软件无线电技术，能够适应不同的调制传输方式，满足日趋紧张的无线电频谱分配，使频谱管理更加合理。
[0030]由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:本发明采用了基于片上系统的FPGA具有价格低、灵活性好，稳定性强等优点，且其内部具有丰富的I/O引脚，从而可以提高系统的集成度和可靠性，所以它正日益取代ASIC和DSP用作前端数字信号处理的运算，实现数字中继信号处理，克服多径衰落，捷变射频芯片可实现高速的ADC转换及零中频信号处理。
[0031]本射频收发系统的特点是:软件可编程，使其能够接收不同参数的无线信号，在不用更换硬件系统的情况下，便可以完成对不同信号的接收和处理，使其等功率输出。抗干扰性能好，并能实现每个信道的均衡，如幅值和时延均衡。除此之外，设计采用目前最新的集成设计套件Vivado，在技术上保证先进性；IP核在一定程度上的用户修正以及可重复使用性，可以让用户设计更加方便；扰码解扰码的加密措施，能够实现信号安全传输；最后本系统采用无线中继的传输方式实现调频广播信号盲区覆盖，降低了成本，缩短了建设周期，克服了有线中继传输在布线上的局限性，以及光纤传输建设成本高，周期长等问题。
【附图说明】
[0032]图1是无线传输系统框图；
[0033]图2是IP核在无线射频收发信机中的示意图；
[0034]图3是IP核a功能流程不意图；
[0035]图4是IP核b功能流程示意图。
【具体实施方式】
[0036]为使本发明更明显易懂，下面结合具体实施例，并附图作详细说明如下。应理解，这些实施例仅用于说明本发明。
[0037]如图1所示，无线射频传输系统由两个无线射频收发信机组成，分别为收发信机I和收发信机2。在收发信机I中，接收端接收87?108MHz的调频广播信号，通过数字下变频将射频信号变频为零中频O?21MHz上，经过高速模数转换，在片上系统的IP核a中对IQ两路信号进行功率均衡和加扰码处理，IP核b完成的是对IQ两路信号进行解扰码和时延均衡处理。
[0038]如图2所示，片上系统分为微处理器和FPGA两部分，微处理器总是先启动，即ARM部分，这就是启动Linux，然后微处理器通过AXI总线控制IP核实现功能。本发明设计的IP核在FPGA端，采用HDL语言在IP核内实现功率均衡、时延均衡和并行扰码。
[0039]如图3所示，IP核a实现的是功率均衡和加扰码，具体步骤如下:
[0040]1.采样，截取η个所需频段，即在中心频AFn周围取(Fn-AKHz，Fn+AKHz)频段的信号，2Δ的取值范围为:150KHz?250KHz。每个频段之间的间距> 500KHz。通过同步时钟控制，利用FPGA的并行性来实现同时处理η路信号。实现数字信号处理算法可以最大限度地利用FPGA的并行性，可以达到比采用DSP处理器串行运算高得多的运算性能，实时性更强。
[0041]2.求每个频段的信号接收功率电平，信号在频域中处理是对接收到的时域信号进行FFT，利用时钟