基于FPGA的全新数字化PCM中频解调器设计

摘要：为了对中频PCM信号进行直接解调，提出一种全新的数字化PCM中频解调器的设计方法。在实现过程中，采用大规模的FPGA芯片对位帧同步器进行了融合，便于设备的集成化和小型化。这种新型的中频解调器比传统的基带解调器具有硬件成本低和误码率低等优点。
关键词：FPGA；PCM；中频；解调器

在传统的数据接收处理流程中，遥测接收机将接收到的射频信号进行两次下变频到零中频，然后经过D／A输出基带信号；PCM数据流经过位同步、帧同步后恢复出数据，通过数据处理计算机将数据进行显示和存储。随着现代电子技术的迅猛发展，高速A／D芯片的出现和大容量FPGA芯片的成熟应用，高度集成的数字化解调技术应运而生，笔者提出了一种基于FPGA的全新数字化的PCM中频解调器的设计方
案。本方案具有高度的集成性，较低的误码率，硬件资源少、实现简单等优点。

1 功能和设计要求
1．1 中频解调器的功能
中频解调器主要完成对接收机70 M中频信号进行数字化处理，然后通过位同步器重建码元时钟、恢复串行数据和码型转换；通过帧同步器完成字、帧同步，对齐帧结构数据格式，并将串行数据流转换为并行数据流；最后通过计算机将数据进行存储和处理。其主要功能组成如图1所示。

1．2 中频解调器的技术要求
中频解调器的位速率、帧长等多项指标都是可编程设置的，具体指标如下：
1)输入频率：70MHz；
2)输入信号强度：(-10±5)dBm；
3)位速率范围100 kbps～5Mbps可编程；
4)码型：NRZ_L／M／S可选择；
5)字长：8；
6)帧长：8～10224可编程；
7)同步码长度：4～32位；
8)同步码位置：在前或在后；
9)输出：USB接口输出。

2 设计思路和方案
2．1 高速A／D采样设计
自软件无线电的概念提出后，模拟信号数字化是软件无线电设计中的关键所在。在软件无线电的设计中，A／D模块完成模拟信号到数字信号的转换，A／D采样频率的选择会对原有信号以及后面数字信号处理产生重要的影响，所以如何选择合适的采样频率是中频解调器的关健设计之一。采样定理主要包括Nyquist采样定理和带通采样定理，对于信号频谱分布在频带(fL，fH)上的带通信号进行采样，通常采用带通采样定理，来选取合适的采样频率。
根据带通信号采样理论公式，采样速率fs满足：

式中，n取能满足fs≥2(fH-fL)的最大正整数，则用fs进行等间隔采样所得到的信号采样值能准确地恢复原信号。
本系统中频带宽最大为10 M，因此ADC模块选用40 MHz的采样频率、12位量化。