4-93  直接中频采样PCM/FM数字接收机的设计与实现

陈大海

近年来，随着软件无线电技术，数字信号处理技术以及大规模可编程器件、高速ADC芯片的长足发展和进步，数字接收机设计已成为接收机技术的发展方向。理想软件无线电技术要求对射频信号进行直接采样，而将尽可能多的通信功能用软件加以实现，但目前的技术要实现这一目标还存在不小的困难，一种比较切实的方案是对中频信号进行采样，而将信号的解调、解扩、均衡、判决等处理任务用DSP或FPGA加以实现，从而构成直接中频采样的数字接收机。

依据这一设计思想，构造了直接中频采样的PCM/FM遥测数字接收机，输入PCM/FM信号载波为10.7 MHz，码速率为2 Mbps，基带调制信号为双极性NRZ码。中频采样信号经过数字下变频（包括数字混频和数据抽取）后，输出基带I、Q信号，FM解调采用CORDIC算法实现。此外，由于多普勒频率以及收发端载波不稳定等因素，造成了接收信号中存在较大的载波频偏，这样会给信号判决带来不利影响，需要加以抑制，因此，FM解调后的信号还要通过二阶数字锁相环(DPLL)抑制载波频偏，最后输出关于零电平对称的基带PCM信号。

图1是上述数字接收机的硬件实现框图，其中，中频采样采用AD公司的高速、高性能A/D变换器AD-6644，采样率为64 MHz。数字下变频采用AD公司的高性能专用下变频器件AD-6620，它输出数据率为8 Msps的基带I，Q信号。FM解调和载波频偏抑制则采用一片Xilinx公司Virtex Ⅱ系列FPGAXC2V250编程实现，CPLD则负责AD-6620控制字的选择以及FPGA的上电配置任务。

图3是功能验证的结果，上图是用示波器观察的调制PCM信号，下图是数字接收机解调后输出的PCM信号，通过二者的比较就可以发现，数字接收机正确地解调了PCM/FM信号。通过调整输入信号功率，可以测得该接收机的动态范围在50 dB以上。图4是当输入信噪比为10 dB时接收机的输出信号，测试结果表明，当输入信噪比大于7 dB时该接收机能够正常工作。

图2是数字接收机的实验方案，其中，PCM/FM信号由信号发生器Agilent E4433B对计算机产生的PCM信号进行调制产生，噪声则由噪声信号发生器NO.UFX 7107产生。图中开关在‘1’的位置表示对接收机进行功能验证，此时输入信号中没有噪声；开关在‘2’的位置表示对接收机进行信噪比测试，输入为PCM/FM信号叠加高斯白噪声，HP8648C负责产生系统时钟，接收机输出的PCM信号用逻辑分析仪进行观察。

图 3  数字接收机功能验证结果

图 4  信噪比测试结果