趙少松，許 磊

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

引言

通用信號(hào)產(chǎn)生器是一種高精度的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，可以產(chǎn)生各種信號(hào)，檢驗(yàn)接收機(jī)的性能，產(chǎn)生的信號(hào)包括單音信號(hào)，多音信號(hào)，以及各種調(diào)制信號(hào)，國(guó)外早已開始進(jìn)行這方面的研究，并取得了成功，國(guó)內(nèi)研究起步較晚，但是研制通用信號(hào)產(chǎn)生器仍然具有重大意義。本文介紹一種筆者研制的通用信號(hào)產(chǎn)生器的設(shè)計(jì)方案與硬件實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)組成和工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

通用信號(hào)產(chǎn)生單元設(shè)備為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)3UPXI板卡，主要由FPGA、DSP、高速DA、時(shí)頻電路、電源處理電路構(gòu)成，板卡上可以背一個(gè)正交調(diào)制單元，輸出L頻段的射頻信號(hào)，其組成如圖1所示。

圖1 通用信號(hào)產(chǎn)生單元組成示意圖

1.2 工作原理

板卡工作時(shí)，參考時(shí)鐘由前面板提供，時(shí)鐘經(jīng)過比較器轉(zhuǎn)換為方波后送給時(shí)鐘產(chǎn)生芯片AD9522，AD9522提供時(shí)鐘送給FPGA、高速DA。所有類型的信號(hào)由FPGA產(chǎn)生，F(xiàn)PGA的I、Q數(shù)字信號(hào)通過LVDS方式送給高速DA芯片AD9148進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，AD9148具備正交調(diào)制功能，輸出為I、Q正交差分信號(hào)，正交差分信號(hào)可以送入正交調(diào)制單元調(diào)制到射頻輸出。DSP對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的流程進(jìn)行控制，對(duì)上位機(jī)下發(fā)的監(jiān)控指令進(jìn)行處理、對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行上報(bào)。

（1）單音及多音信號(hào)產(chǎn)生

單音信號(hào)為J（t）＝Aej2πfct，其中fc是信號(hào)的頻率，A是幅值。實(shí)現(xiàn)框圖如圖3所示。

圖2 通用信號(hào)產(chǎn)生單元工作原理框圖

圖3 單音實(shí)現(xiàn)框圖

FCW為轉(zhuǎn)換的頻率控制字，fs為采樣頻率，通過NCO輸出的相位去查表獲得正弦和余弦的值。NCO為一階的累加器；正余弦表采用對(duì)稱存儲(chǔ)的方法，將原來4象限存儲(chǔ)壓縮為1象限存儲(chǔ)，減小了存儲(chǔ)空間。

選擇fs＝101M，fc＝100M，A＝1，用matlab進(jìn)行仿真。圖4分別給出實(shí)部、虛部和頻域圖。

圖4 單音信號(hào)產(chǎn)生

多音信號(hào)為數(shù)個(gè)參數(shù)可設(shè)置的單音信號(hào)的和，當(dāng)前選擇4個(gè)單音信號(hào)。采樣率仍然為101M，參數(shù)如表1所示。

多音信號(hào)的頻域示意圖如圖5所示。

表1 多音信號(hào)參數(shù)

圖5 多音信號(hào)產(chǎn)生

圖6 調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生框圖

由圖6可知，調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生可分為調(diào)制碼產(chǎn)生和調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)部分。其中調(diào)制碼產(chǎn)生分為NCO和碼產(chǎn)生器兩個(gè)主要模塊。NCO可沿用與前文一致的NCO方式，碼產(chǎn)生器采用最大長(zhǎng)度序列產(chǎn)生器，一般原理框圖如圖7所示。

對(duì)于調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)，BPSK、QPSK產(chǎn)生原理類似，將調(diào)制碼映射為載波相位。

圖8為matlab的仿真，采樣率為100M，m碼產(chǎn)生表達(dá)式為：ρ（2）＝z10＋z7＋1。

圖7 m序列產(chǎn)生框圖

圖8 調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生仿真

2 結(jié)束語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)外的信號(hào)生成類板卡大多采用“PCI總線＋FPGA＋DSP＋高速DAC＋模擬正交調(diào)制”的架構(gòu)，通用信號(hào)產(chǎn)生單元正是基于這種架構(gòu)。整個(gè)板卡的性能與國(guó)內(nèi)外同類中高等級(jí)產(chǎn)品相當(dāng)。該板卡的定位為導(dǎo)航信號(hào)的模擬生成，所以將導(dǎo)航中的一些應(yīng)用需求考慮到硬件的設(shè)計(jì)當(dāng)中，這與國(guó)內(nèi)外的高速信號(hào)生成板卡的應(yīng)用范圍有所不同。通用信號(hào)產(chǎn)生單元的靈活性和擴(kuò)展性較高，接口通用性好，總的來說與國(guó)內(nèi)外高端信號(hào)生成類產(chǎn)品處于同一等級(jí)。

［1］ 李雋.衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器體系結(jié)構(gòu)分析［J］.無線電工程，2006，36（8）：30－39.

［2］ 趙軍祥，張其善，常青，等.高動(dòng)態(tài) GPS衛(wèi)星信號(hào)模擬器關(guān)鍵技術(shù)分析及應(yīng)用［J］.電訊技術(shù)，2003，43（4）：49－54.