基于FPGA的可用于民用短波电台的中频数字处理单元设计

　　2 工程实现

　　实际项目中，对中频数字处理单元的主要指标要求为：

　　(1)中频频率500 kHz；

　　(2)调制类型：USB，LSB，AM，CW；

　　(3)接收机灵敏度≤60 μV(Signal—to—Noise—and—Distortion Ratio，SINAD≥12 dB)；

　　(4)AGCGC特性收中频500 kHz输入3．5(-36．1 dBm)～350 mV(3．9 dBm)时，DSP音频输出变化≤2 dB(10 kΩ)。

　　(5)音频输入≥100 mV(600 Ω)时，500 kHz中频输出≥-31 dBm。

　　(6)发射机互调特性：500 kHz中频输出≤-37 dBm(50 Ω)，双音互调≤-45 dB。

　　2．1 数字中频单元硬件平台

　　针对设计要求，中频A／D器件选用AD公司的AD9649-20芯片，其最高采样率20 MS／s，支持差分输入，14位输出，1．8 V供电功耗仅有45 mW。中频D／A器件选用AD公司的AD9764芯片，它的采样率为125 MS／s，14位输入，差分输出，3 V供电时功耗45 mW，休眠功耗小于25 mW，具有28脚SOIC和TSSOP两种封装形式。采用FPGA作为核心处理器，选用ALTERA公司的EP3C16Q240器件。硬件平台框图如下所示。

  　　2．2 工作流程

　　接收时：中频输入的500 kHz模拟中频信号经AD9649-20采样后(采样速率4．608 MHz)，数字信号并行输出至FPGA；数字下变频模块把中频信号下变频为基带信号，对应的采样率从4．608 Mb／s变为9．6 Kb／s(总抽取率为480)。基带信号先经AGC模块处理，此模块的2个输出AA GC和DAGC分别用来控制前端模拟中频放大器和后端的数字增益。之后数字基带信号进入调制解调模块得到用户所需信息，再通过音频DAC输出至话筒。

　　发送时：输入音频信号经过音频A／D变换后进入FPGA音频处理模块，通过音频AGC处理后在调制解调模块进行调制(用户可以指定USB．   LSB，AM，CW四种调制类型)，调制后数据采样率为9．6 kHz，FPGA的上变频模块经过480倍的内插，最终输出数据速率为4．608 MHz、中频为500 kHz的中频信号通过中频DA器件AD9764输出到射频单元，混频到射频并进行功率放大滤波后发射。

　　3 系统测试

　　3．1 测试方法

　　3．1．1 DDC测试方法

　　信号源输出频率为501 kHz．幅度为100μV，12．3μV的正弦波到本系统的中频信号输入端，本系统的音频信号输出端接至综测仪进行测试。测试结果如图6所示。

　　3．1．2 DUC测试方法

　　信号源输出频率为1 kHz，幅度为100μV的正弦波到本系统的音频信号输入端，本系统的中频信号输出端接至频谱仪进行测试。测试结果如图7所示。

　　上述实现方案用于实际电台中，通过大量的室内测试和室外远距离测试，通话效果良好，实测性能指标达到国内领先水平。并且由于采用了纯数字的中频处理技术，使电台的成本控制、可靠性、可维护性、整机的体积和功耗，以及功能的可扩充性都得到极大的改善。

　　3．2 测试结果分析

　　图6(a)在100μV信号输入幅度下，音频在600 Ω，输出2．45 V的情况下音频失真度<1％；图6(b)在满足SINAD=12 dB的时候，中频信号输入幅度为12．3 μV即可，完全满足接收系统要求(系统要求中频信号输入幅度为50μV要满足SINAD=12 dB)。

　　由图7(a)可见，在近端(10 kHz)满足信噪比大于等于50 dB。近端无杂散；由图7(b)可见，在远端(200 kHz)杂散抑制大于等于70 dB。

　　5 结语

　　本文设计了一种短波民用电台的中频数字处理单元及基于FPGA的实现方法，同时也对音频信号的处理流程做出分析研究。由于FPGA在设计和修改上的灵活性，使其比ASIC更加适合实现数字上下变频及多模式调制解调功能。本文方案测试结果性能良好，已在实际软件无线电电台中得到应用，具有推广应用价值。

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