基于ICS652的中频接收机的实现

摘要：结合软件无线电理论和目前可选的中频信号处理器件，提出可满足实际通信系统需求的软件中频接收机设计方案，并在实际中得到成功的应用。结合带通采样和数字下变频理论， 阐述基于ICS652的中频接收系统主要特性和实际应用。

关键词：软件无线电；带通采样；数字下变频；ICS652

引 言

现代通信技术应用至今，主要经历了模拟通信时代、数字通信时代和即将到来的软件无线电时代。软件无线电的中心思想就是构造开放化、标准化和模块化的通用硬件平台，用软件来完成频段选择、调制解调方式和通信协议等功能。这就极大地提高了硬件平台的通用性和使用周期，通过更新软件即可改变硬件平台的各项功能，拓宽了硬件平台功能的扩展空间，这也是继现有的数字通信之后更有发展前景的通信模式。

数字化接收机就是在这种理论背景下提出的，用来接收和解调宽频带调制信号。但是就目前的工业水平而言，数字化接收机发展受到了多方面的困扰。首先是A/D变换器的采样速率和带宽不能满足上述高速宽带的要求，另外，射频信号采样后的数字信号处理又受到了数字信号处理（DSP）器件数字信号处理速度的瓶颈，所以这种理想的软件无线电结构目前只能停留在理论和模型阶段，距离工业化产品还有一段距离。随着A/D变换器产品和专用数字信号处理器件的迅速发展，本着A/D变换器与天线前端尽量靠近的原则，提出了满足于现有器件水平的软件无线电结构（如图1所示）。

在本结构中，采用了数字下变频（DDC）技术，将射频信号通过混频滤波下降到中频信号，然后再通过模数转换后通过DDC器件。这样就降低了对后继数字信号处理速度的要求。

基于ICS652 的软件无线电接收机

软件无线电开发平台的终极目标
软件无线电开发平台的终极目标就是直接量化和处理从天线接收的射频信号，这种平台适用于雷达、无线电台、交通通信和测试测量等领域。本课题的目标是建立一套基于ADC和DDC硬件的软件中频接收机，实现对中频信号（70MHz）的接收和PSK信号解调等功能。

ICS652性能


ICS652是一块2通道65MHz/14bit的A/D变换器板，板上数据采集器件使用两个AD6644模数变换器。

它可插入数字调谐器模块，可选的子板插入到ICS652板中以进行宽带窄带信号的可编程数字解调，对应于宽带和窄带信号，其调谐器模块有4 种不同的选件（宽带、窄带、多通道、宽带窄带混合）。因此ICS652卡可以直接处理中频信号，频率根据Nyquist采样可达到32MHz，采用欠采样可达200MHz。宽带调谐器（DC50W）可以处理的输入信号最大带宽26MHz，可用于各种数据采集，并且可提供很宽的动态范围。此外，板上还装有2 M交换缓存用于预触发和后触发数据采集。

软件无线电系统关键设备的性能

对于软件无线电系统， A/D 变换器的性能起着决定作用，有两个关键的参数：信噪比SNR和无寄生干扰动态范围SFDR。后者表示A/D变换器输出中的寄生信号，这是由变换器设计中固有的差分非线性所引起。ICS652板在65MHz采样速率下具有大于72dB 的信噪比，通过解调或调谐处理来改变带宽比（处理增益），可改善信噪比性能。例如，如果采样速率为60MHz，Nyquist 为30MHz，而且对应的带宽为200kHz，解调处理可提供22 dB 的处理增益。然而无寄生干扰动态范围SFDR 性能没有改变。SFDR 可以通过在输入端加入一个可控的抖动信号来稍微改善一些，这个过程是复杂的，在大多数高频应用中，SFDR是对系统性能产生限制的主要方面。典型的14 bitA/D变换器，如本文中介绍的AD6644，即可提供90dB的SFDR性能指标。

DDC（调谐器模块）用来完成对复合信号的解调操作，调谐器模块均是基于GrayChip的数字下变频器件。

软件无线电接收机的开发

在软件无线电接收机开发过程中，软件工具确定了使用实验仪器工程工作平台（LabView）虚拟仪器环境和VC所编写的动态数据库。

LabView作为比较完备的开发平台，提供了与其它语言的接口，具有很好的灵活性。对于相对复杂或者特殊的在LabView下不容易实现的功能，可以用C语言完成后，在Windows下形成标准的动态链接库（DLL），在该平台下可以很方便地调用。使用这种方法，不仅丰富了LabView的源代码，而且大大提高了系统的效率。在ICS652 和调谐模块的访问与控制过程中，LabView下有很多种方法可以直接读取端口的数据，亦可用节点通过C程序实现直接访问采集板的端口，读取采集板基地址中的数据，而且由于C程序的高效性，所以取数速度很快，因此采用C程序生成标准的DLL（动态链接库），在LabView 下通过函数节点（Node）调用DLL，即可实时读取端口数据，然后在LabView平台下对输入中频信号和输出信号进行分析、处理。

综合ICS652 的软硬件（ICS652ADC采集卡、调谐器模块、DLL标准Windows动态数据库函数、LabView 编程环境），在实际项目中，采用了如图2所示的设计方案。


结束语

本课题的研究集中于目前为广大工程人员所看好的软件无线电，并在实际的应用中已经得到了验证，取得成功，希望我们的研究成果能够为广大的用户提供参考和借鉴。因为能力和人力等因素的限制，在实际的开发过程中如果出现理论和软硬件应用不当等情况，也诚恳希望有相关项目经验的朋友提供更好的解决方案。