基于GC5016的并行多通道接收机研究

摘要：给出了并行多通道接收机方案，以多速率信号处理理论为基础，采用了宽带中频带通采样的软件无线电架构。使用TI的数字上／下变频转换器GC5016作为接收机的核心芯片，主要介绍了GC5016的结构和功能，及其作为数字下变频器的使用，重点对CIC和PFIR两种滤波器在抽取重采样和滤波整型中的作用进行了理论分析和仿真研究。CPLD作为主要的外围器件，产生配置时序，在上位机的控制下完成重配置功能。设计大量采用可编程器件，具有较高的集成度、灵活性和广泛的应用前景。
关键词：软件无线电；多速率信号处理；CIC滤波器；PFIR滤波器；GC5016

0 引言
软件无线电(Software Radio)，也称软件定义的无线电(Software Defined Radio)，是一种既能够兼容多种制式的无线通信设备，也能够满足未来个性化通信需求的无线通信体系结构及技术。20世纪90年代初，美国MITRE公司的首席科学家J．Mitola首先提出这个概念。它足将模块化、标准化和通用化的硬件单元以总线或者交换方式连接起来构成的通用平台，通过在这种平台上加载模块化、标准化和通用化的软件，实现各种无线通信功能的一种开放体系结构及技术。
促使软件无线电产生和发展的原因主要包括军事、民用、技术和市场需求住内的现实需求以及大规模集成电路、个人计算机及其网络、高速数字信号处理、新型软件工程方法、现代控制论等技术进步的产物。

1 中频接收机总体设计
软件无线电的基本思想就是尽可能地简化射频模拟前端，使A／D变换尽可能地靠近天线，尽早地完成模拟信号的数字化，并对其尽可能多地用软件进行处理。可以看出，A／D起着最为关键的作用，但目前A／D的性能无法实现射频直接采样，所以目前的软件无线电接收机采用了折衷方案，大都是在中频上完成数字化。本研究针对的是已完成模拟下变频的70MHz或者140MHz的中频信号。硬件的总体设计框图如图1所示。4路A／D对中频信号进行采样，并送入GC5016完成数字下变频，FPGA完成部分基带信号处理，在PCI9054桥接芯片的控制下通过PCI总线将处理后的数据送入PC机进行再处理。同时，PC上位机通过PCI总线控制CPLD对GC5016和FPGA进行配置和重配置，具有一定的可重构性。

尽管采用了中频带通采样技术，但相对于FPGA或者DSP处理能力来说，数据速率仍然太高，很难满足实时性要求。一个实际的无线信号带宽有限，对单信号采样时所需的采样率并不高，对采样数据进行抽取，以降低采样率是完全可行的。多速率信号处理中的抽取理论是软件无线电接收机的理论基础。图2是一个完整的D倍抽取器结构图，图中HLP(ejw)为其带宽小于π／D的低通滤波器，是滤除信号频谱中高于π／D的部分，用以防止采样率降低后信号频谱造成的混叠。