中频软件无线电系统的FPGA实现方案

　　3.用FPGA实现中频软件无线电的优势

　　本文采用FPGA来实现中频软件无线电。表1和表2所示的比较分析表明，FPGA与参数化ASIC、DSP比较有很多优势，它不但在功耗、体积、成本方面优于参数化ASIC、DSP，而且处理效率高、现场可编程性能良好。不同于DSP的单流处理方式，FPGA是多流并行处理，这种处理方式使FPGA能完成DSP难以实现的许多功能，如FIR/IIR滤波器、扩频、跳频模式。因此，FPGA能很好地体现软件无线电的灵活性和开放性，很适合在软件无线电中做高速数字信号处理，是实现中频软件无线电的理想选择。

　　4.采用FPGA实现中频软件无线电系统

　　图3为所实现的中频软件无线电系统框图。系统从IF(中频)进行A/D和D/A变换。下面就系统的各部分做一介绍。

　　1 宽带D/A和A/D转换器

　　D/A和A/D转换器分别把中频数字信号转换成模拟信号，中频模拟信号转换成数字信号。D/A变换器和A/D变换器的选择，直接关系到软件无线电的总体性能。因此，必须根据系统的要求，综合考虑D/A变换器和A/D变换器的各方面性能，做出选择。

　　(1)宽带D/A转换器

　　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。