基于虚拟无线电技术的多媒体收音接口卡设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:介绍了一种基于虚拟无线电技术的多媒体收音接口卡设计方法,可以接收调幅和调频信号,试验调试表明,接收效果良好。 关键词:软件无线电 虚拟无线电 多媒体收音接口卡 软件无线电是一种基于宽带A/D器件、高速DSP芯片,以软件为核心的崭新的体系结构。其基本思想就是将宽带A/D尽可能地靠近射频天线以便将接收到的模拟信号尽可能早地数字化,尽量通过软件来实现电台的各种功能。主要特点有:灵活性、适应性、开放性。 虚拟无线电与软件无线电的主要区别就是利用通用微机代替高速DSP芯片,完成各种功能,其灵活性、通用性和开放性比软件无线电有过之而无不及。相信随着通用微机运算速度的不断提高,虚拟无线电技术必将得到更加广泛的应用。 1 多媒体收音接口卡设计思想 我们根据虚拟无线电的基本原理设计了一个可接收调幅、调频信号的收音接口卡,利用微机所带的音箱或耳机等设备可构成一个多媒体收音机。其组成框图见图1。 1.1 数据采集部分 数据采集部分主要由数控放大器和模/数转换器AD6640构成,负责完成数据采集工作。数控放大器分AM功放通道和FM通道两路,由微机根据选台情况选择通道。其可调增益最大范围:20~60dB,使信号稳定在大约0.8V(因为AD6640输入峰峰值V=2V),以增加采样后的有效比特数。根据微机所送AGC控制字不同,增益大小可不断调节控制。AD6640是AD公司生产的新一代模数转换器件,分辨率12bit,采样速率可达65MSPS,在5V供电时功耗仅为710mW。 1.2 数字下变频器 由于受微机运算速度的影响,若将采样的数据直接送计算机处理,实时性难以保证。为此我们采用美国Harris公司生产的专用可编程下变频器HSP50214B对采样数据做必要的预处理后再通过PCI总线送微机,其主要完成功能是将IF数据下变频成基带数据。HSP50214B包括以下功能模块:输入单元、电平检测、载波数字压控振荡器(NCO)、级联积分/梳状滤波器(CIC)、5个可选半带滤波器(HB)、255阶可编程FIR滤波器、自动增益控制(AGC)、重采样滤波器/插值半带滤波器、重采样NCO、坐标变换以及输出单元。其结构框图如图2所示。 该芯片前端处理速度高达65MSPS,后端处理速度最高达55MSPS,总的抽取因子范围:4~16384,输出采样速度可达12.94MSPS,输出低通带宽最宽为982kHz(IF带宽1.96MHz)。最高支持14bits的字长的数据并行输入,输出形式灵活多样。即可并行输出又可串行输出,可选择输出幅度、相位、频率或正交I、Q两路数据等所需信息。另外,HSP50214B还内带电平检测器,可为I.F.自动增益控制提供支持。总之,HSP50214B功能非常强大,使用相当灵活,可用于解调AM、FM、FSK和DPSK等多种信号。 1.3 S5933与PCI总线简介 PCI总线独立于处理器,具有很高的数据传输速率;采用高度综合优化的总线结构,保证系统各部件之间的运作可靠,并与现有总线完全兼容。 AMCC公司生产的S5933是一种功能强、使用灵活的PCI总线控制器专用芯片。该芯片符合PCI局部总线规范2.1版,可作为PCI总线目标设备(Slave),实现基本的传送要求。也可作为PCI总线主控设备(Master),访问其他PCI总线设备。S5933的峰值传送速率为132MB/s(32位PCI数据线),完全满足HSP50214B与微机之间的数据传送要求。 1.4 微机和译码控制电路 微机除要完成对HSP50214B的初始化、宽带功放控制任务外,还要完成选台控制、语音输出等功能。为此,需要编制配备必要的设备专用驱动程序,以便完成后台操作,而不影响其它工作。译码控制电路选用美国ALTERA公司的EPM7128SQC-10,完成地址译码和其它控制任务。 2 AM信号解调流程 标准幅度调制是最基本的调制方式之一,多用于无线电广播系统。已调制信号的时域表达式为:SAM(t)=A[1+KAMf(t)]cos(w0t+θ0),其w0为载波频率;θ0为载波起始相位;KAM为调制系数。为了实现满意的调制和解调,要求基带信号的幅度最大值满足如下条件: │KAMf(t)│max<1,否则,将会出现过调制,从而出现过调幅失真。AM信号可直接采样,其解调流程详见图3。 3 FM信号的解调流程 调频波的解调也叫鉴频,其目的是从调频波中不失真地恢复调制信号。我们采用的FM解调流程如图4所示。 由于调频广播载波频率太高,必须采用欠采样技术才能满足HSP50214B实时处理要求。所谓欠采样技术就是对于带通信号(频率范围:fL<f<fH)而言,抽样频率只要满足:2fh / K≤fs≤2fL / K-1(K为整数且2≤K≤fH / fH-fL,fH-fL≤fL)就可保证采样后的频谱不产生折叠,从而无失真地恢复出调制信号。这对于减小运算量是很有好处的,但对接收机抗混叠滤波器要求较高。我们设输入离散数字信号为:   其中,Δω表示实际中心频率偏离理想情况的漂移量大小。 经坐标变换,取相位量: 图4中数字鉴频器的数学模型为:H(z)=1-Z-D,其中D为可编程设定的延迟因子,取值范围1~8。该鉴频器的频率响应动态范围是:RANGE鉴频器=CW%26;#177;Fsampout/(D+1),其中CW是选取的中心频率,Fsampout是鉴频器FIR滤波器的输出采样速率。瞬时相位输入数字鉴频器后的输出为: 如果合理选择采样速率和D取值,使在n-D+1~n范围内f(i)值相等或变化很小,则上式可进一步简化为:F(n)=ΔωD+DKFMf(n)   从上式可知:若Δω不为零,必然会引进干扰。一般频率漂移是一个慢变化的过程,则Δω是一缓慢变化的低频信号。只要频率稳定度满足一定要求(慢变),就可保证Δω落在有用信号频带之外,从而可以利用高通滤波去掉该干扰,这样就解调出了FM信号。 总之,通过试验样板调试表明,该虚拟无线电收音接口卡解调AM、FM信号效果良好,外部配备上天线就可以为计算机增加虚拟收音机功能,从而进一步增强了微机的多媒体效果。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/rfandwireless/200703/9330.html
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