CN217307700U - 一种基于软件无线电的信号解调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于软件无线电的信号解调系统，包括：依次连接的高速ADC电路、数字下变频电路、解调电路、ZYNQ芯片以及上位机；进一步的，所述数字下变频电路还包括：滤波模块；所述滤波模块的输入端与所述数字下变频电路中的IQ乘法器的输出端连接，所述滤波模块的输出端与所述解调电路的输入端连接；所述滤波器模块用于接收IQ乘法器输出的IQ信号，并滤除所述IQ信号中的和频信号，并输出滤波后的IQ信号至所述解调电路。本实用新型通过在数字下变频电路中增加滤波模块，以滤除IQ乘法器基于高速采样数字信号产生的和频信号，降低传输至解调电路的IQ信号的噪声，从而通过信号过滤预处理有效降低解调电路的解调难度、提高解调参数的精度。

Description

一种基于软件无线电的信号解调系统

技术领域

本实用新型涉及信号解调技术，具体涉及一种基于软件无线电的信号解调系统。

背景技术

无线信道中的信号的传输是利用电磁波在空间中的传播实现的。传统信号收发测试技术中，多是采用FPGA或专用芯片构成的调制解调系统。近年来，随着软件无线电技术的发展，越来越多的解调调制系统，在芯片硬件架构下，通过软件无线电技术实现射频信号的傅里叶变换、射频解调、基带信号傅里叶变换、阻抗参数计算、基带信号比对时延计算等工作。

现有解调系统的频率范围主要在中频或高频领域，而对中高频信号进行低速采样容易造成的信号失真，因而在基于软件无线电的解调系统中，通常采用高速ADC(＞10MSPS)对模拟信号进行采样。但是在高速采样后，相应的数字信号与参考信号在IQ乘法器中的混叠咋会产生更高频率的噪声信号(和频信号)，从而加大后续软件解调算法的解调难度、影响相应解调参数的精度。

例如：授权公告号为CN216313295U的中国实用新型专利其通过高速ADC进行采样，再输出至FPGA+MCU主控模块进行数据处理，进行高速采样后的基带信号傅里叶变换、阻抗参数计算、基带信号比对时延计算等工作，同样存在高速采样所导致的信号噪声大，会加大后续软件解调算法的解调难度、影响相应解调参数精度的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有基于软件无线电的解调系统基于高速采样得到的数字信号，会加大后续软件解调算法的解调开销、影响相应解调参数精度的问题，提供一种基于软件无线电的信号解调系统，本系统通过滤波模块滤除IQ乘法器产生的IQ信号中的和频信号，降低IQ信号噪声，降低解调电路的解调难度。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种基于软件无线电的信号解调系统，包括：高速ADC电路、数字下变频电路、解调电路、ZYNQ芯片以及上位机；其中，所述高速ADC电路用于对待解调的模拟信号进行采样并输出数字信号至所述数字下变频电路，所述数字下变频电路用于接收数字信号，并基于所述数字信号生成两路IQ信号传输至解调电路，所述解调电路用于计算信号解调参数并通过ZYNQ芯片传输至所述上位机；所述数字下变频电路还包括：滤波模块；

所述滤波模块的输入端与所述数字下变频电路中的IQ乘法器的输出端连接，所述滤波模块的输出端与所述解调电路的输入端连接；

所述滤波器模块用于接收IQ乘法器输出的IQ信号，并滤除所述IQ信号中的和频信号，并输出滤波后的IQ信号至所述解调电路。

根据一种具体的实施方式，上述基于软件无线电的信号解调系统中，所述滤波模块为FIR滤波器。

根据一种具体的实施方式，上述基于软件无线电的信号解调系统中，所述数字下变频电路还包括：NCO本振信号发生器；

其中，所述NCO本振信号发生器的输出端与所述IQ乘法器的第一输入端连接；

所述IQ乘法器用于接收所述高速ADC电路输出的数字信号以及所述NCO本振信号发生器输出的NCO本振参考信号，并将所述数字信号与所述NCO信号相乘，得到两路IQ信号，并将两路所述IQ信号传输至所述滤波模块。

根据一种具体的实施方式，上述基于软件无线电的信号解调系统中，所述高速ADC电路采样型号为LTC2249IUH的ADC芯片。

根据一种具体的实施方式，上述基于软件无线电的信号解调系统中，所述解调电路包括：抽取滤波器、频率计算模块、参数计算模块；

所述抽取滤波器的输入端与所述数字下变频电路的输出端连接，所述抽取滤波器的第一输出端与所述频率计算模块的输入端连接，所述抽取滤波器的第二输出端与所述参数计算模块的输入端连接；所述抽取滤波器用于降低两路所述IQ信号的采样率，并分别输出至所述频率计算模块与参数计算模块；

所述频率计算模块，用于计算IQ信号的频率，并输出至所述主控模块；

所述参数计算模块，用于计算IQ信号的幅度与频偏、调制度，并输出至所述主控模块。

根据一种具体的实施方式，上述基于软件无线电的信号解调系统中，所述频率计算模块为FFT模块；所述参数计算模块为Cordic算法模块。

根据一种具体的实施方式，上述基于软件无线电的信号解调系统中，所述主控模块为ZYNQ芯片。

根据一种具体的实施方式，上述基于软件无线电的信号解调系统中，所述解调电路通过AXI接口与所述ZYNQ芯片通讯连接。

根据一种具体的实施方式，上述基于软件无线电的信号解调系统中，所述系统还包括：以太网接口电路、RS232接口电路；

所述ZYNQ芯片通过所述以太网接口电路、RS232接口电路与所述上位机通讯连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型实施例所提供的基于软件无线电的信号解调系统，通过在数字下变频电路中增加滤波模块，以滤除IQ乘法器基于高速采样数字信号产生的高噪声信号(和频信号)，降低传输至解调电路的IQ信号的噪声，从而通过信号过滤预处理有效降低解调电路的解调难度、提高解调参数的精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的基于软件无线电的解调系统原理框图；

图2为本实用新型实施例所述的基于软件无线电的解调系统硬件架构示意图；

图3为本实用新型实施例所述的ZYNQ芯片架构示意图；

图4为本实用新型实施例所述的以太网接口电路示意图；

图5为本实用新型实施例所述的串口接口电路示意图；

图6为本实用新型实施例所述的ADC电路示意图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

实施例1

图1示出了本实用新型示例性实施例的基于软件无线电的信号解调系统，包括：高速ADC电路、数字下变频电路、解调电路、ZYNQ芯片以及上位机；其中，所述高速ADC电路用于对待解调的模拟信号进行采样并输出数字信号至所述数字下变频电路，所述数字下变频电路用于接收数字信号，并基于所述数字信号生成两路IQ信号传输至解调电路，所述解调电路用于计算信号解调参数并通过ZYNQ芯片传输至所述上位机；

其中，所述数字下变频电路还包括：滤波模块；所述滤波模块的输入端与所述数字下变频电路中的IQ乘法器的输出端连接，所述滤波模块的输出端与所述解调电路的输入端连接；所述滤波器模块用于接收IQ乘法器输出的IQ信号，并滤除所述IQ信号中的和频信号，并输出滤波后的IQ信号至所述解调电路。

本实施例中，通过在数字下变频电路中增加滤波模块，以滤除IQ乘法器基于高速采样数字信号产生的高噪声信号(和频信号)，降低传输至解调电路的IQ信号的噪声，从而通过信号过滤预处理有效降低解调电路的解调难度、减少计算开销、提高解调参数的精度。

在一种可能的实现方式中，如图2所示，上述基于软件无线电的信号解调系统中，所述主控模块采用XINLINX公司的ZYNQ 7000系列高性能芯片，基于ZYNQ芯片搭建系统的硬件主控平台。其中，ZYNQ采用“FPGA+ARM”的结构，由FPGA部分完成高速率采样、大数据量的数字下变频部分，抽取后送入信号处理解调电路，降低了后续设计的复杂度；同时，在ARM部分完成解调后数据的定标以及开方除法等运算，使得整个架构更具灵活性。

本实施例中，采用基于“FPGA+ARM”架构的ZYNQ芯片作为主控平台，相较于传统“FPGA+MCU”的设计，能够有些降低架构设计的复杂度，缩短开发周期、节约二次开发成本；同时，该架构更利于软硬件结构的模块化，易于软硬件的升级与调试。

在一种可能的实现方式中，上述基于软件无线电的信号解调系统中，如图3所示，采用AXI接口作为ZYNQ芯片与解调电路的交互接口。可以理解的是，AXI是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线，支持不对齐数据传输，能够满足复杂SoC片上系统的传输需求。因此，本实施例中，通过选用高性能AXI接口作为解调参数的传输接口与协议，实现数据的高性能、不对齐传输。

在一种可能的实现方式中，上述基于软件无线电的信号解调系统中，还包括：以太网接口电路、RS232接口电路；所述ZYNQ芯片通过所述以太网接口电路、RS232接口电路与所述上位机通讯连接。具体的，图4示出了本实用新型示例性实施例的以太网接口电路，图5示出了本实用新型示例性实施例的RS232串口电路。

本实施例中，通过同时配置以太网接口与串口数据接口实现上位机与ZYNQ芯片的多数据交互(解调数据上传、解调方式控制下发、解调滤波器选档控制下发、滤波器系数、IQ乘法器系参数等)，满足上位机与ZYNQ芯片的数据交互需求。

在一种可能的实现方式中，上述滤波模块为FIR滤波器。可以理解的是，在滤波器领域中，成形滤波器的作用主要有两个：1、消除码间干扰；2、加快调制信号频谱带外衰减，提高频带利用率。数字滤波器可以通过两种方式来实现：有限冲激响应和无限冲激响应，即通常所说的FIR和IIR。考虑到FIR和IIR的特性，在本方案中我们将采用FIR滤波器来设计成形滤波器。

在一种可能的实现方式中，上述FIR滤波器采用现有的窗函数设计方法(等纹波切比雪夫逼近准则)，并用于基于预设参数进行滤波。优选的，在使用时，技术人员根据场景需求设定滤波参数，并通过上位机下发滤波参数下发至ZYNQ，在ZYNQ中实现FIR滤波器的参数设置；

例如：具体参数为：Radix＝16；Coefficient_Width＝16；CoefData＝003d0000,ffb3,ffc5,004a,0098,0000,ff0b,ff42。

在一种可能的实现方式中，上述基于软件无线电的信号解调系统中，如图6所示，所述高速ADC电路采用TI公司的型号为LTC2249IUH的高速ADC芯片。其中，该芯片采样速率高达80MSPS，ADC采样率高达80MHz，带宽可达5MHz。在使用时，配置该高速ADC芯片基于低通采样原理对31.1MHz中频载波信号进行采样。

本实施例中，通过在系统中配置采样速率高达80MSPS的高性能ADC芯片，进一步降低由于低速采样造成的频谱混叠、信号失真，便于解调系统更好的恢复原始信号。

在一种可能的实现方式中，如图2所示，上述所述解调电路包括：抽取滤波器、频率计算模块、参数计算模块；所述抽取滤波器的输入端与所述数字下变频电路的输出端连接，所述抽取滤波器的第一输出端与所述频率计算模块的输入端连接，所述抽取滤波器的第二输出端与所述参数计算模块的输入端连接；所述抽取滤波器用于降低两路所述IQ信号的采样率，并分别输出至所述频率计算模块与参数计算模块；所述频率计算模块，用于计算IQ信号的频率，并输出至所述主控模块；所述参数计算模块，用于计算IQ信号的幅度与频偏、调制度，并输出至所述主控模块。

在一种可能的实现方式中，所述频率计算模块为FFT模块；所述参数计算模块为Cordic算法模块。其中，FFT模块与Cordic算法模块均有现有算法软件封装而成的软件模块(xilinx官方提供的封装库)。例如：采用授权公告号为CN102333061B专利中的FFT模块，采用授权公告号为CN101977176B专利中的基于CORDIC算法的解调模块。

综上，本实用新型所提供的基于软件无线电的信号解调系统的使用方法，包括：技术人员根据解调数据需求通过上位机向ZYNQ芯片下发相应的解调指令、解调参数、滤波参数等数据，ZYNQ芯片基于技术人员设定的参数对各个电路进行参数设置。在进入工作状态后，本系统首先基于高速ADC电路对模拟中频信号进行采样，其中，ADC电路采样速率为80MHz，采样后的数字量有ADC采集模块输出进入数字下变频部分乘法器，与NCO本振信号相乘，输出和频与差频，再经过FIR数字滤波器模块滤除乘法器产生的和频信号，留下基带IQ两路信号。两路基带IQ信号经过CIC抽取滤波器降低采样率，以方便传输到FFT算法模块，计算基带信号频率即调制频率，另一方面进去Cordic算法计算调幅度、FM频偏、SSB调制度等解调参数。解调结果经过AXI接口发送至ZYNQ PS端，再经过以太网口&RS232接口传输至上位机。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于软件无线电的信号解调系统，包括：高速ADC电路、数字下变频电路、解调电路、主控模块以及上位机；其中，所述高速ADC电路用于对待解调的模拟信号进行采样并输出数字信号至所述数字下变频电路，所述数字下变频电路用于接收数字信号，并基于所述数字信号生成两路IQ信号传输至解调电路，所述解调电路用于计算信号解调参数并通过主控模块传输至所述上位机；其特征在于，所述数字下变频电路还包括：滤波模块；

所述滤波模块的输入端与所述数字下变频电路中的IQ乘法器的输出端连接，所述滤波模块的输出端与所述解调电路的输入端连接；

所述滤波器模块用于接收IQ乘法器输出的IQ信号，并滤除所述IQ信号中的和频信号，并输出滤波后的IQ信号至所述解调电路。

2.根据权利要求1所述的基于软件无线电的信号解调系统，其特征在于，所述滤波模块为FIR滤波器。

3.如权利要求1所述的基于软件无线电的信号解调系统，其特征在于，所述数字下变频电路还包括：NCO本振信号发生器；

其中，所述NCO本振信号发生器的输出端与所述IQ乘法器的第一输入端连接；

所述IQ乘法器用于接收所述高速ADC电路输出的数字信号以及所述NCO本振信号发生器输出的NCO本振参考信号，并将所述数字信号与所述NCO信号相乘，得到两路IQ信号，并将两路所述IQ信号传输至所述滤波模块。

4.根据权利要求1所述的基于软件无线电的信号解调系统，其特征在于，所述高速ADC电路采样型号为LTC2249IUH的ADC芯片。

5.根据权利要求1所述的基于软件无线电的信号解调系统，其特征在于，所述解调电路包括：抽取滤波器、频率计算模块、参数计算模块；

所述抽取滤波器的输入端与所述数字下变频电路的输出端连接，所述抽取滤波器的第一输出端与所述频率计算模块的输入端连接，所述抽取滤波器的第二输出端与所述参数计算模块的输入端连接；所述抽取滤波器用于降低两路所述IQ信号的采样率，并分别输出至所述频率计算模块与参数计算模块；

所述频率计算模块，用于计算IQ信号的频率，并输出至所述主控模块；

所述参数计算模块，用于计算IQ信号的幅度与频偏、调制度，并输出至所述主控模块。

6.根据权利要求5所述的基于软件无线电的信号解调系统，其特征在于，所述频率计算模块为FFT模块；所述参数计算模块为Cordic算法模块。

7.根据权利要求1-6任一所述的基于软件无线电的信号解调系统，其特征在于，所述主控模块为ZYNQ芯片。

8.根据权利要求7所述的基于软件无线电的信号解调系统，其特征在于，所述解调电路通过AXI接口与所述ZYNQ芯片通讯连接。

9.根据权利要求7所述的基于软件无线电的信号解调系统，其特征在于，所述系统还包括：以太网接口电路、RS232接口电路；

所述ZYNQ芯片通过所述以太网接口电路、RS232接口电路与所述上位机通讯连接。

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