張佳明

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510000）

數(shù)字中頻接收機(jī)技術(shù)應(yīng)用及國(guó)產(chǎn)化實(shí)現(xiàn)

張佳明

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510000）

在當(dāng)下國(guó)家倡導(dǎo)的“保障信息安全，實(shí)現(xiàn)核心軟硬件國(guó)產(chǎn)化自主可控”已被上升到國(guó)家安全層面。隨著國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展，采用國(guó)產(chǎn)器件實(shí)現(xiàn)數(shù)字中頻信號(hào)接收機(jī)成為可能。文章從數(shù)字中頻接收機(jī)的基本構(gòu)造及原理入手，對(duì)國(guó)產(chǎn)器件現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出了一種數(shù)字中頻接收機(jī)的國(guó)產(chǎn)化方案。

數(shù)字中頻接收機(jī)；國(guó)產(chǎn)器件；自主可控

目前我國(guó)應(yīng)用的數(shù)字接收機(jī)大部分都以進(jìn)口集成電路為主，數(shù)字化的中頻信號(hào)或射頻信號(hào)接收機(jī)需要大規(guī)?？删幊碳呻娐?、高性能信號(hào)處理器以及高采樣率和帶寬的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。這些集成電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程難度較大。但隨著近年來(lái)國(guó)家倡導(dǎo)的國(guó)產(chǎn)自主可控戰(zhàn)略，應(yīng)用在通信領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)數(shù)字信號(hào)處理的芯片已經(jīng)形成了一定的成果，應(yīng)用國(guó)產(chǎn)器件設(shè)計(jì)數(shù)字中頻接收機(jī)成為可能。

1　數(shù)字中頻接收機(jī)的基本構(gòu)成原理

數(shù)字中頻接收機(jī)由6大模塊基本構(gòu)成，如：中頻采用模塊、變頻模塊、濾波抽取模塊、濾波正向模塊、多相信號(hào)解調(diào)模塊、信號(hào)復(fù)原模塊。盡管目前我國(guó)數(shù)字技術(shù)發(fā)展也有較長(zhǎng)的時(shí)間，但仍受限于信號(hào)傳播載體等問(wèn)題，數(shù)字接收機(jī)目前也只能做到信號(hào)轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)換后信號(hào)處理等功能，數(shù)字中頻接收機(jī)構(gòu)成原理如圖1所示。

圖1　數(shù)字中頻接收機(jī)構(gòu)成原理

在該中頻接收機(jī)信號(hào)處理基本路徑中，信號(hào)從接收到完成信號(hào)處理需要經(jīng)歷4個(gè)大的階段，包括射頻信號(hào)收集、射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換、中頻信號(hào)傳輸及轉(zhuǎn)換后中頻信號(hào)處理等。在天線(xiàn)端將主要負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的收集，通過(guò)相關(guān)的信號(hào)收集前段將收集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)，然后通過(guò)相關(guān)元器件（如ADC）進(jìn)行中頻信號(hào)的進(jìn)一步傳輸和數(shù)字信號(hào)處理等工作。

2　國(guó)產(chǎn)芯片的現(xiàn)狀

國(guó)產(chǎn)集成電路產(chǎn)業(yè)作為國(guó)家的核心戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，從“三線(xiàn)”建設(shè)到“908工程”“909工程”“863計(jì)劃”、核高基項(xiàng)目等，再到1300億集成電路產(chǎn)業(yè)基金項(xiàng)目的出臺(tái)和實(shí)施，國(guó)家持續(xù)對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)進(jìn)行扶持，目前已取得長(zhǎng)足進(jìn)步。截止到2014年我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)完成內(nèi)銷(xiāo)產(chǎn)值1011億元，同比增長(zhǎng)9.9%。到2015年我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)電路設(shè)計(jì)收入1449億元，同比增長(zhǎng)了13.3%，國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)廠(chǎng)家海思也首次進(jìn)入全球設(shè)計(jì)公司前6名。

在應(yīng)用于數(shù)字中頻技術(shù)的信號(hào)處理芯片方面，目前國(guó)產(chǎn)FPGA，ADC有一定成果。國(guó)產(chǎn)FPGA以深圳國(guó)微、成都華微、中科院微電子所、復(fù)旦微電子等公司的兼容Xilinx系列設(shè)計(jì)方向，其FPGA的成熟產(chǎn)品已經(jīng)在V4水平，2016年個(gè)別公司已對(duì)V7系列的FPGA進(jìn)行設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)到2017年具備樣片。另外在自主研發(fā)FPGA方面可關(guān)注京微雅格，其產(chǎn)品完全屬于正向研制。在ADC方面中電24，58所、蘇州云芯微、中航772所均有成熟的航天級(jí)及工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

3　采用國(guó)產(chǎn)芯片成果設(shè)計(jì)數(shù)字中頻接收機(jī)

以下內(nèi)容將著重探討采用復(fù)旦微電子的V4系列JFM4 VSX55RT的FPGA，AD采用中航772所的B2209，DSP采用國(guó)防科大銀河飛騰FT-C6416構(gòu)建的國(guó)產(chǎn)化數(shù)字中頻接收機(jī)方案。

而目前一些技術(shù)也將國(guó)產(chǎn)芯片運(yùn)用于數(shù)字中頻接收機(jī)的制造流程中，而其原理主要是依靠國(guó)產(chǎn)ADC完成信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程，而且完成轉(zhuǎn)換后，數(shù)字信號(hào)會(huì)按照國(guó)產(chǎn)FPGA完成輸送過(guò)程，在FPGA處理后，信號(hào)則會(huì)通過(guò)DPS完成算法處理，原理如圖2所示。

圖2　數(shù)字中頻接收機(jī)信號(hào)處理技術(shù)工作原理

（1）設(shè)計(jì)理論：設(shè)定一個(gè)帶限的頻率信號(hào)為f（XT），將其頻率信號(hào)限制設(shè)定為（fL，fH），首先假設(shè)采樣速率為fS，而fS符合條件fS=2（fL-fH）/（2m+1）時(shí)，既可以得出fS的具體數(shù)值，而這些值也體現(xiàn)等間距時(shí)間收信號(hào)的采樣值x （MTS）可以符合原有的數(shù)字信號(hào)f（XT）。而根據(jù)以上原理可知，若不具有多頻帶信號(hào)進(jìn)行發(fā)送與傳輸?shù)冗^(guò)程，這也是由于這類(lèi)信號(hào)易出現(xiàn)混亂以及疊加問(wèn)題造成的。（2）信號(hào)接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)：而且基于該類(lèi)理論，對(duì)信號(hào)接收系統(tǒng)設(shè)定可以首先從信號(hào)接收系統(tǒng)入手，而且B2209芯片作為基礎(chǔ)，就可以有效將中頻的模擬信號(hào)改變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，并且輸送入FPGA。而該芯片的采樣率應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足100Ms/s，其主要優(yōu)勢(shì)在于對(duì)中頻信號(hào)采樣過(guò)程，需要的電壓門(mén)檻較低，而且具有較強(qiáng)的降噪能力，另外信號(hào)放大能力較強(qiáng)，而且能夠利用雙電源來(lái)供給數(shù)字中頻接收機(jī)更多電力。FPGA方面采用復(fù)旦微電子的V4系列的JFM4VSX55RT，它主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)上下變頻、調(diào)制解調(diào)、信道估計(jì)、多徑處理等功能。DSP采用銀河飛騰FT-C6416主要實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)處理，鏈路層信號(hào)處理等功能。國(guó)產(chǎn)數(shù)字中頻信號(hào)接收機(jī)的原理如圖3所示。

另外，中頻采樣的實(shí)現(xiàn)就是基于模數(shù)轉(zhuǎn)換原理以達(dá)到信號(hào)轉(zhuǎn)換的效果，而且需要根據(jù)Nyquist和帶通采樣的基礎(chǔ)原理進(jìn)行轉(zhuǎn)換過(guò)程。另外，基于前者，則首先需要制定一個(gè)具有限頻率的信號(hào)，而且頻帶要求在（0，fH）范圍內(nèi)，而基于以上基礎(chǔ)，就可以得到等間距需求的信號(hào)采樣，而且采樣速率應(yīng)當(dāng)要高于fL=2FH，而且對(duì)基帶信號(hào)的頻譜具有更高要求，另外，在實(shí)際操作過(guò)程，基于前一種理論，基帶信號(hào)應(yīng)當(dāng)在（fL，fH）范圍，而對(duì)于后者，則需要制定一個(gè)帶限的頻率信號(hào)f（XT），而且限制范圍在（fL，fH），同時(shí)保持采樣速率為fS，而且符合fS=2（fL-fH）/（2m+1）的條件，即可開(kāi)始采樣操作。

圖3　數(shù)字中頻信號(hào)接收機(jī)原理

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，利用目前國(guó)產(chǎn)化芯片的成果，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字中頻接收機(jī)的設(shè)計(jì)，成果可以應(yīng)用在雷達(dá)偵測(cè)和無(wú)線(xiàn)測(cè)控以及遙感監(jiān)控等特種通信領(lǐng)域。隨著國(guó)產(chǎn)芯片設(shè)計(jì)及產(chǎn)業(yè)鏈的完善，技術(shù)成熟度的提高及成本的降低可以使更多的成果向民用方面轉(zhuǎn)移。

［1］苗玉杰.關(guān)于數(shù)字中頻接收機(jī)信號(hào)處理的研究［J］.信息與電腦，2013（5）：25-26.

［2］周建燁，徐蘭天.接收機(jī)的中頻處理技術(shù)［J］.電子產(chǎn)品世界，2015（5）：22-24.

［3］張黎明.高性能數(shù)字接收機(jī)設(shè)計(jì)［J］.電子產(chǎn)品世界，2013（5）：40-42.

Technology Application and Realization of Digital Intermediate Frequency Receiver

Zhang Jiaming
（Guangzhou Haige Communications Group Incorprated Company， Guangzhou 510000， China）

In the moment the country advocates the protection of information security， the realization of the core software and hardware localization of autonomous control has been raised to the national security level.Along with the development of domestic semiconductor integrated circuit， it is possible to implement digital intermediate frequency signal receiver.Based on the basic structure and principle of digital intermediate frequency receiver， this paper analyzes the present situation of domestic device， and puts forward a new method of digital IF receiver.

digital intermediate frequency receiver； domestic device； autonomous control

張佳明（1985-），男，黑龍江哈爾濱，碩士，工程師；研究方向：基帶處理硬件平臺(tái)。