基于FPGA的高速宽带跳频发射机的中频设计

摘要：结合软件无线电思想和架构，利用Altera EP3C16F4 84C6作为中频信号处理器，设计了一种基于统一硬件架构的数字化高速宽带跳频发射机，实现跳频速率125kHops/s，跳频带宽320MHz。

　　引言

　　跳频通信是在恶劣的电磁环境中保证正常通信的主要手段。提高跳频通信系统的跳频速率和跳频带宽可以有利于对抗单频窄带干扰，频带阻塞干扰以及跟踪干扰，是提高跳频通信系统抗干扰能力的主要手段。

　　传统的跳频发射机是通过模拟本振的跳变或切换来实现跳频的功能。采用模拟本振跳变的方案跳频速率受本振频率切换速率的影响；采用本振切换的方案，至少需要两个模拟本振和一个高速模拟开关进行乒乓切换，外围电路较复杂，且灵活性较差。本文根据软件无线电的设计思想，将基带调制，数字上变频，以及跳频控制用数字化的形式在FPGA内部实现，只需通过改变FPGA内部数控振荡器的输出频率就可以实现高速宽带跳频。这样避免了模拟本振的高速跳变，提高了跳频速率，简化了系统硬件结构，同时还增强了系统的灵活性。

　　本方案采用EP3C16F4 84C6作为跳频发射机的中频信号处理器，其处理能力最高可达几十吉乘累加运算，并且具有最高可达840Mbps的高速LVDS接口。DA转换器采用AD9736，具有14bit精度，1.2GSPS转换速率。该高速宽带跳频发射机具有高度灵活性，其中跳频图案，跳频数，跳时，以及发送消息等参数由DSP实时生成。并对FPGA进行配置。系统整体结构如图 1所示：

　图 1 系统结构框图

　　2 FPGA设计与实现

　　2.1 存储器设计

　　FPGA内部存储器用于与DSP进行数据交换。存储器分为：发送消息存储区，发送频率控制字存储区，跳时寄存器，跳频数寄存器。地址分配如表1所示：

表1 FPGA内部存储器分配表

　　2.2 MSK调制

　　2.2.1 通用调制模型

　　软件无线电调制技术要求能够在通用的数字信号处理平台上，实现多种不同体制的调制方法，这就需要设计出一种通用的调制器结构。正交调制一般可以用式1表示：

　　其中为基带信号的同相分量和正交分量，它们是由调制方式决定的。为载波的角频率。根据上式，我们可以得出正交调制的实现结构如图2所示：

图 2 正交调制原理框图

　　基带调制根据不同的调制方式选择不同的方法。成形滤波用来抑制频谱的旁瓣，以达到特定的频谱带宽要求。插值用来进行采样率变换，使得数据速率与NCO输出数据速率相同，进行载波调制。最后取IQ两路复信号的实部输出即得中频已调信号。