软件无线电接收系统的研究与实现
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摘要
本设计基于软件无线电的思想，使用软件的方法直接对短波信号进行处理，实现AM语音调制语音信号全数字解调。软件无线电(SR:Software
Radio)的定义是将在天线后的信号进行数字化，所有的过程实现软件化、可编程化。但是由于A／D等器件的性能和处理器处理速度的限制，就出现了比软件无线电的更实际的解决方法，即SDR(software-defined radio)，也就是说，它的处理过程仍然对高频保留了模拟部分。SDR的模拟部分包括了混频和放大。而本设计由于A／D器件的输入信号幅度的限制，只对天线馈入信号进行滤波、放大后再进行数字化。
本设计接收频率范围为0MHZ~30MHZ短波信号，分为模拟射频处理部分和数字处理部分。模拟射频部分完成对信号的前置滤波和宽频放大；数字处理部分完成对信号的解调，主要由A／D，D／A，DSP，FPGA等组成，其中DSP为主控制器。外围接口控制包括：PCI、USB。其中的关键的技术有：
1 双A／D采样的时序控制
2 直接数字频率合成(DDS)的FPGA实现
3 积分梳状滤波器(CIC Filter)的FPGA实现
4 半带滤波器(HB Filter)的FPGA实现
5 PCI接口芯片驱动程序的设计
6 USB接口芯片DSP固件程序的设计
7 整个系统的上电自举
最后，本系统完成了对频率范围为0MHZ~30MHZ短波信号解调，以及上位机可以通过PCI控制芯片(PCI2040)，以及USB控制芯片(PDIUSBD12)与系统的主控制器(TMS320VC5402A)进行通信。
In my design, signal is processed directly with software method based on software radio idea, which realizes the AM signal demodulation. The definition of Software Radio (SR) is that the signal is digitalized after antenna, make all processes programmable and make all processes be disposed by software. But with the limitation of performance of A/D and process speed of processor, the more effective method-SDR (Software-defined Radio) emerges, that is to say, SDR reserves the analog part of high frequency. The analog part of SDR includs mixing and magnification of signal from antenna. In my system, input signal from antenna is filtered and magnified and then digitalized.
My system can receive the signal frequency from OMHZ to 30MHZ. The system can be divided into 2 parts - analog radio frequency processing part and digital processing pat. Analog radio frequency processing part mainly finishes filtering and magnifying signal from antenna. Digital processing part mainly finishes demodulation, which is made of A/D, D/A, DSP, FPGA. FPGA is the main process unity, and DSP is the main control unity. The peripheral interface is made of PCI interface and USB interface. The key technique of that is:
1 Timing control of two ADCs;
2 Realization of DDS in FPGA;
3 Realization of CIC filter in FPGA;
4 Realization of HB filter in FPGA;
5 Driver program design of PCI interface chip;
6 Firmware of DSP design of USB interface chip;
7 Boot of the whole system
At last, the complete SW signal decoding form OMHZ to 30MHZ and communication between DSP and personal computer through PCI interface and USB interface.
Radio)的定义是将在天线后的信号进行数字化，所有的过程实现软件化、可编程化。但是由于A／D等器件的性能和处理器处理速度的限制，就出现了比软件无线电的更实际的解决方法，即SDR(software-defined radio)，也就是说，它的处理过程仍然对高频保留了模拟部分。SDR的模拟部分包括了混频和放大。而本设计由于A／D器件的输入信号幅度的限制，只对天线馈入信号进行滤波、放大后再进行数字化。
本设计接收频率范围为0MHZ~30MHZ短波信号，分为模拟射频处理部分和数字处理部分。模拟射频部分完成对信号的前置滤波和宽频放大；数字处理部分完成对信号的解调，主要由A／D，D／A，DSP，FPGA等组成，其中DSP为主控制器。外围接口控制包括：PCI、USB。其中的关键的技术有：
1 双A／D采样的时序控制
2 直接数字频率合成(DDS)的FPGA实现
3 积分梳状滤波器(CIC Filter)的FPGA实现
4 半带滤波器(HB Filter)的FPGA实现
5 PCI接口芯片驱动程序的设计
6 USB接口芯片DSP固件程序的设计
7 整个系统的上电自举
最后，本系统完成了对频率范围为0MHZ~30MHZ短波信号解调，以及上位机可以通过PCI控制芯片(PCI2040)，以及USB控制芯片(PDIUSBD12)与系统的主控制器(TMS320VC5402A)进行通信。
In my design, signal is processed directly with software method based on software radio idea, which realizes the AM signal demodulation. The definition of Software Radio (SR) is that the signal is digitalized after antenna, make all processes programmable and make all processes be disposed by software. But with the limitation of performance of A/D and process speed of processor, the more effective method-SDR (Software-defined Radio) emerges, that is to say, SDR reserves the analog part of high frequency. The analog part of SDR includs mixing and magnification of signal from antenna. In my system, input signal from antenna is filtered and magnified and then digitalized.
My system can receive the signal frequency from OMHZ to 30MHZ. The system can be divided into 2 parts - analog radio frequency processing part and digital processing pat. Analog radio frequency processing part mainly finishes filtering and magnifying signal from antenna. Digital processing part mainly finishes demodulation, which is made of A/D, D/A, DSP, FPGA. FPGA is the main process unity, and DSP is the main control unity. The peripheral interface is made of PCI interface and USB interface. The key technique of that is:
1 Timing control of two ADCs;
2 Realization of DDS in FPGA;
3 Realization of CIC filter in FPGA;
4 Realization of HB filter in FPGA;
5 Driver program design of PCI interface chip;
6 Firmware of DSP design of USB interface chip;
7 Boot of the whole system
At last, the complete SW signal decoding form OMHZ to 30MHZ and communication between DSP and personal computer through PCI interface and USB interface.
引文
[1] 程佩青编著，数字信号处理教程，第2版，1995年8月，清华大学出版社
[2] 樊昌信等，通信原理(第四版)，第4版，1995年10月，国防工业出版社
[3] 曹志刚、钱亚生编著，现代通信原理，1992，清华大学出版社
[4] 王士林，陆存乐，龚初光编著，现代数字调制技术，1987，人民邮电出版社
[5] 周廷显主编，近代通信技术，1990，哈尔滨工业大学出版社
[6] 李刚主编，数字信号微处理器的原理及其开发应用，2000，天津大学出版社
[7] TMS320C54x DSP Reference Set, Volume 1: CPU and Peripherals.1999. Texas Istruments
[8] TMS320C54x DSP Reference Set, Volume 2: Mnemonic Instruction Set.1996. Texas instruments
[9] TMS320C54x DSP Reference Set, Volume 4: Applications Guide.1996. Texas Istruments
[10] TMS320C54x DSP Reference Set, Volume 5: Enhanced Peripherals.1999. Texas Istruments
[11] TMS320C54x Optimizing C Compiler User's Guide 1997 Texas Istruments
[12] TMS320C54x Assembly Language Tools User's Guide. 1997. Texas Istruments
[13] TMS320C54x C Source Debugger User's Guide 1997 Texas Istruments
[14] TMS320C54x Simulator Getting Started. 1999. Texas Istruments
[15] 戴明桢编，TMS320C54x数字信号处理器结构、原理及应用，1999．7 TI DSPS UNIVERSIYT
[16] TMS320VC5402 fixed-point digital signal processor DataSheet 2000. Texas Istruments
[17] 张雄伟，曹铁勇编著，DSP芯片的原理与开发应用(第二版)，2000，电子工业出版社
[18] 刘晖、夏意军译，PCI系统结构，2000年7月，电子工业出版社
[19] 武安河、周利莉编，Windows设备驱动程序，2001年9月，电子工业出版社
[20] 白同云、吕晓德编著，电磁兼容设计，2001年3月，北京邮电大学出版社
[21] JTAG/MPSD Emulation Technical Reference, 1994, Texas Istruments
[22] High-Speed Board Design Techniques, 1997, vantis an AMD Company
[23] T. Kasami, T. Takata, T. Fujiwara, S. Lin, On Linear Structure and Phase Rotation Invariant Properties of Block M-PSK Modulation Codes, IEEE Trans on Information Theory, Vol. 37, No.1, Jan 1991
[24] T. Kasami, T. Takata, T. Fujiwara, S. Lin, On Multilevel Block Modulation Codes, IEEE Trans on Information Theory, Vol. 37, No. 4, July 1991
[25] PCI Local Bus Specification, December 1998
[26] 林章均、赵军著，PC／Pentium硬、软件系统解析，1996年12月，清华大学出版社
[27] 黎洪生、赵兆、陈文武，基于DSP和PCI总线的数据采集处理卡，电子产品世界，2003年第2期
[27] 邓思豪、曾传年，C54XDSP的HPI与PC机并口技术研究，电子产品世界，2002年第7期
[29] 琼月，DSP技术的应用和发展，电子产品世界，2002年第5期
[30] 孙永前，增强型主机接口(HPI)的原理及应用，电子产品世界，2002年11期
[2] 樊昌信等，通信原理(第四版)，第4版，1995年10月，国防工业出版社
[3] 曹志刚、钱亚生编著，现代通信原理，1992，清华大学出版社
[4] 王士林，陆存乐，龚初光编著，现代数字调制技术，1987，人民邮电出版社
[5] 周廷显主编，近代通信技术，1990，哈尔滨工业大学出版社
[6] 李刚主编，数字信号微处理器的原理及其开发应用，2000，天津大学出版社
[7] TMS320C54x DSP Reference Set, Volume 1: CPU and Peripherals.1999. Texas Istruments
[8] TMS320C54x DSP Reference Set, Volume 2: Mnemonic Instruction Set.1996. Texas instruments
[9] TMS320C54x DSP Reference Set, Volume 4: Applications Guide.1996. Texas Istruments
[10] TMS320C54x DSP Reference Set, Volume 5: Enhanced Peripherals.1999. Texas Istruments
[11] TMS320C54x Optimizing C Compiler User's Guide 1997 Texas Istruments
[12] TMS320C54x Assembly Language Tools User's Guide. 1997. Texas Istruments
[13] TMS320C54x C Source Debugger User's Guide 1997 Texas Istruments
[14] TMS320C54x Simulator Getting Started. 1999. Texas Istruments
[15] 戴明桢编，TMS320C54x数字信号处理器结构、原理及应用，1999．7 TI DSPS UNIVERSIYT
[16] TMS320VC5402 fixed-point digital signal processor DataSheet 2000. Texas Istruments
[17] 张雄伟，曹铁勇编著，DSP芯片的原理与开发应用(第二版)，2000，电子工业出版社
[18] 刘晖、夏意军译，PCI系统结构，2000年7月，电子工业出版社
[19] 武安河、周利莉编，Windows设备驱动程序，2001年9月，电子工业出版社
[20] 白同云、吕晓德编著，电磁兼容设计，2001年3月，北京邮电大学出版社
[21] JTAG/MPSD Emulation Technical Reference, 1994, Texas Istruments
[22] High-Speed Board Design Techniques, 1997, vantis an AMD Company
[23] T. Kasami, T. Takata, T. Fujiwara, S. Lin, On Linear Structure and Phase Rotation Invariant Properties of Block M-PSK Modulation Codes, IEEE Trans on Information Theory, Vol. 37, No.1, Jan 1991
[24] T. Kasami, T. Takata, T. Fujiwara, S. Lin, On Multilevel Block Modulation Codes, IEEE Trans on Information Theory, Vol. 37, No. 4, July 1991
[25] PCI Local Bus Specification, December 1998
[26] 林章均、赵军著，PC／Pentium硬、软件系统解析，1996年12月，清华大学出版社
[27] 黎洪生、赵兆、陈文武，基于DSP和PCI总线的数据采集处理卡，电子产品世界，2003年第2期
[27] 邓思豪、曾传年，C54XDSP的HPI与PC机并口技术研究，电子产品世界，2002年第7期
[29] 琼月，DSP技术的应用和发展，电子产品世界，2002年第5期
[30] 孙永前，增强型主机接口(HPI)的原理及应用，电子产品世界，2002年11期