选用了AD公司的AD9713B,性能指标如下:
1)具有12 bit精度;
2)转换速率最快为80 MSPS;
3)SFDR(无杂散动态范围)为70 dBc。
这里,DAC锁存时钟为40 MHz。AD9713B后接两级放大器,将模拟信号放大后输出。
(2)宽带A/D转换器
在 软件 无线电 中,对ADC的性能要求很高,ADC的选择比DAC更为重要。选择ADC时,需要考虑其采样频率、带宽、转换位数和SFDR。而这几个性能指标是互为约束的,必须综合考虑确定。
在此,ADC选用AD公司生产的AD9042。AD9042是高速、高性能、低功耗的单片12位模/数变换器,其性能指标如下:
1)最大采样速率41 MSPS;
2)SFDR为80 dBc;
3)信噪比为68 dB。
实际使用中,采样时钟为40 MHz,AD9042的性能很好。
2 FPGA ——数字信号处理模块
FPGA选用了ALTEra公司的APEX EP20K200E器件,这个器件为20万门容量,1.8 V低功耗,具有多种I/O接口和多钟配置方式的单片系统级集成的可编程逻辑器件。
FPGA主要完成数字上/下变频、滤波、调制/解调、扩频/解扩、载波以及PN(伪随机码)的同步和跟踪等功能。
FPGA的设计结构如图4所示。在此,以DSSS(直接序列扩频)信号为例说明。发射的设计为,系统将125 kbit/s的数据映射成上下支路各62.5 kbit/s的数据与PN码产生器输出的4MChip/s的PN码相乘扩频,然后由14 bit 的FIR滤波器完成内插滤波,滤波器输出的信号为20 MHz,与NCO相乘上变频至 中频 ,并取高12 bit输出至D/A变换器。接收的设计与发射相对应,A/D变换器输出的40 MHz的12 bit中频数字信号与NCO相乘正交下变频成I、Q两路信号,这2路信号经抽取滤波变为20 MHz的基带信号,输入到解扩电路完成PN码的捕获、解扩(用[HJ71mm]匹配滤波器相关器实现)以及信号相关后的功率检测,解扩后的信号和检测到的功率信号输入到码跟踪电路完成码元跟踪,最后完成解码,恢复数据。完成这些功能,所占的FPGA资源为:7142个LE(逻辑单元),16896 ESB(嵌入式逻辑块) bits。
3 PC机及其接口
PC机为FPGA提供软件开发环境,完成在线/离线的软件开发和调试,并通过RS232口与FPGA通信,实时下载软件到FPGA。
五、 系 统 性 能
系统采用FPGA完全实现了中频软件无线电系统的软件可编程,具有很高的灵活性、开放性和通用性。设计的FPGA软件模块,如NCO、数字滤波器等可为多种调制/解调模式所使用。各种调制/解调模式相应的配置软件以文件的形式存储在微机里,可根据具体要求下载到FPGA,从而实现调制/解调模式的实时改变。经测试,系统采用的时钟为40 MHz时,可达到的工作性能如下:
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(1) 中频 载波:可以任意设置,最高可达16 MHz,最大频率误差为0.009 Hz;
(2)信息速率:可变,最高可达4 Mbit/s;
(3)调制/解调模式:通过更换 软件 ,系统可实现AM、PM、FM、BPSK、QPSK、DSSS等模式。
六、 结论
FPGA 在软件 无线电 中的应用已经越来越被人们所重视。用FPGA来实现中频软件无线电系统具有很高的灵活性和开放性,充分体现了软件无线电的优越性,是当前实现软件无线电技术的理想方案。
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