中频采集卡板载ＤＳＰ实时数字信号处理系统技术方案

中频采集卡板载ＤＳＰ实时数字信号处理系统，涉及通信和信息处理系统，具体涉及中频信号的数据采集、记录与实时分析系统。通过以下过程实现从模拟信号输入、Ａ／Ｄ量化、ＦＰＧＡ实现ＤＳＰ应用等功能：（一）采集待测的中频模拟信号；（二）ＦＰＧＡ实现ＤＳＰ应用，完成信号分析处理；（三）高速数据存储。本发明专利技术是一款满足软件无线电应用需求的基于ＦＰＧＡ实现ＤＳＰ应用的中频信号接收模块。该单元是软件无线电系统的核心部件，主要实现了对中频信号的测量、变频、存储和分析。可以完成ＡＭ、ＦＭ、ＳＳＢ、ＣＷ、ＦＳＫ、ＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ信号的解调工作，以及通过软件定义的信号处理功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信和信息处理系统，具体涉及中频信号的数据采集、记录与实时分 析系统。
技术介绍
对于基于欠采样原理，设计出足够高采样率的数据采集单元，对中频信号进行模 数转化。根据Nyquist原理，对于频率为fa的周期性波形，只有采样频率fa > 2*fa，才能保证源信号的信息不损失。若将其一个周期Ta的波形等分为η份(如下图所示)，第一次采样采到波形上第1点，经过K*Ta(K= 1，2……)时间后采到波形上的第2点，经过2*K*Ta时间后采到波形上第2点，以此类推，则此时采样频率为r _ ___ I_____ji.... rL —ι._4」1, -= (Κ^ΤΤΓ Τ. ”rWT1 ‘显然fa < 2*fa，不满足采样定理的要求，但经过N+1次采样后，采回的波形恰相 当于源波形一个周期内的前N+1个点，使得最后结果看起来是对一个周期采样了 η个点，等 效采样频率为f' a = n*fa。在实际中，为获得较高的时间分辨率，η往往取为几百甚至几 千，等效采样频率必然满足采样定理的要求。采用欠采样技术，可以完成对中频信号的完整 采样。完成了数据采样后，可以基于FPGA，实现了板载DSP应用。DSP(Digital Signal Processing)技术在通信、图像增强处理、数据获取、雷达 及视频处理等领域有着广泛的应用，而DSP算法的硬件实现也有着众多的选择。一般来 讲，有3种途径用于通用目的的可编程DSP芯片；用于特定目的的固定功能DSP芯片组和 ASIC (Application Specific IntegratedCircuit)芯片；可以由用户编程的 FPGA (Field Programmable Gate Array)芯片。目前，FPGA芯片起着越来越重要的作用，现在新生产出 的FPGA芯片大约有50%被用于制造通信和网络设备(无线基站、路由器、交换机以及调制 解调器等)的一个或几个部件。FPGA做数字处理的特点是什么？对于普通的DSP，数字信号处理主要用一个单 元，传统的DSP处理器是一个高性能的数字处理器，里面包括一个高性能的单元可以运行 到几个GHz的速度，但是它仅仅是一个单元，当你做比较复杂的运算就可能来回循环几百 次才可以做完这个运算，因此它的速度反而并不很快。FPGA是一个天生的并行处理结构， FPGA里包含了有几百个单元，例如Xi 1 inx Virtex_5SXT是550MHz，但可以在一个单元之内 迅速把这个复杂的运算一次完成，所以FPGA的性能实际上是远远高于传统的DSP。图1可以看出，串行工作的DSP处理器，在执行效率上，与FPGA的差距。逻辑的复用和合并需要新的外设和不同带宽总线实现的时候，这时用FPGA实现 数字信号处理给工程师很大的灵活性，同时FPGA并行处理的能力强大，可帮助DSP做很多 性能加速，以解决超负载的问题。在高速数据采集分析系统中，数据流量很大，对信号处理的负载要求很高。因此， 一些简单的信号处理可以交给个FPGA来实现。根据令人信服的独立第三方benchmark表明=Altera的器件具有IOx/美元的DSP 性能。应用FPGA协处理器的系统架构可以减轻传统DSP的工作负载，并且有效执行复杂 的数学计算算法，提升DSP系统级效能。比如，Altera的Cyclone III含有涨至1201(逻 辑单元(LE)，288个数字信号处理(DSP)乘法器，乘法器性能达到了 260MHz，存储器达到 4Mbits。对于量大的应用，Stratix II器件可以引脚完全兼容地移植到HardCopy II结构 化ASIC，从而保证客户的设计功能没有任何改变。Altera的新一代结构化ASIC芯片，逻辑 相当于多达220万ASIC门，DSP模块相当于额外的140万门，还有集成超过SMbits的嵌入 式存储器。在本专利技术中，成功的实现了 FPGA的DSP功能应用——无线电信号处理模块。通过 这个模块，可以在用户可控制下，完成一些简单的数字信号处理功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种中频采集卡板载DSP实时数字信号处理系统。本专利技术是一款满足软件无线电应用需求的基于FPGA实现DSP应用的中频信号接 收模块。该单元是软件无线电系统的核心部件，主要实现了对中频信号的测量、变频、存储 和分析。可以完成AM、FM、SSB、CW、FSK、BPSK, QPSK信号的解调工作，以及通过软件定义的 信号处理功能。本专利技术的技术方案是中频采集卡板载DSP实时数字信号处理系统，通过以下过 程实现从模拟信号输入、A/D量化、FPGA实现DSP应用等功能(一 )采集待测的中频模拟信号；( 二)FPGA实现DSP应用，完成信号分析处理；(三)高速数据存储。在第(一)步骤中，采集信号以最高采样率达250MSps，14bit分辨率进行数据采集。在第(二)步骤中，基于？ 6々实现板载05 应用，包括0肌\00(，41^]\1、558、(^、 FSK、BPSK，QPSK信号的解调工作，以及通过软件定义的信号处理功能。在第(三)步骤中应用DDR2芯片，实现高速海量数据存储。本专利技术的系统具备软件无线电的典型特性可编程性——DDC模块可以程控决定相应的工作参数，如载波中心频率、滤波器阶 数、255阶FIR滤波器系数、抽取因子、输出格式与方式的选择等。模块化结构——采用PXI总线结构，具备良好的机械性能和电气性能。可重构性——在主机端应用虚拟仪器设计思想，可非常方便的针对用户具体需求 来实现设备功能、属性的重构。分层性——测量、传输、分析，不同的功能又多个功能模块分别协同完成。开放性——数据流可DMA至内存，或直接通过高速数字信号传输接口与其他应用 模块相连，数据流格式，高速数字传输接口协议，都做到标准化、公开化。高速数字化仪参阅图3，中频接收模块提供了两路中频待测模拟信号的输入，两路信号以14BIT 分辨率，最高采样率可达125Msps (每秒采集125M样点)进行数据采集。在单通道模式下， 最高采样率高达250Msps。DDC数字下变频的实现。HSPS0214B数字下变频器在软件无线电中具有结构开放、 软件可编程及功能多样等特点，在军事及民用数字接收机中都有巨大的应用潜为，它可使 接收机系统具有良好的灵活性及可扩展性。为了满足两路高速采集数据的存储，我们选用了 DDR2存储芯片作为存储介质。 DDR2芯片有容量大、速度快、功耗低等特点。本模块最高存储速度高达512M字节/S。该模块基于PXI平台工作。通过一片PXI专用接口芯片，实现了 PXI总线协议标 准。其中，设备通过PXI总线DMA到主机内存的速度可达40M字节/S，可以满足DDC数字下 变频后的数据实时传输带宽要求。基于FPGA的板载DSP实时信号处理技术FPGA 内部 DSP(digital signal-processing)应用的实现。我们在 FPGA 内部设 计了一个基础数字信号处理单元，用以在用户控制下，实现一些基本的数据分析功能。包括 DUC\DDC，AM、FM、SSB, CW、FSK, BPSK, QPSK信号的解调工作，以及通过软件定义的信号处理 功能。附图说明图1是本专利技术
技术介绍
所述串行工作的DSP处理器与本文档来自技高网...

【技术保护点】
中频采集卡板载ＤＳＰ实时数字信号处理系统，其特征在于，通过以下过程实现从模拟信号输入、Ａ／Ｄ量化、ＦＰＧＡ实现ＤＳＰ应用等功能：（一）采集待测的中频模拟信号；（二）ＦＰＧＡ实现ＤＳＰ应用，完成信号分析处理；（三）高速数据存储。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨珣，赵润茂，
申请(专利权)人：成都易研科技有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]