亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于FPGA 的高速頻率掃描設計技術(shù)

        2021-06-17 12:42:18呂天志彭華仁王鋒
        電子制作 2021年7期
        關(guān)鍵詞:測量信號

        呂天志,彭華仁,王鋒

        (中電科思儀科技股份有限公司,山東青島,266555)

        0 引言

        在無線電監(jiān)測中,頻率掃描是按指定頻率表進行信號的掃描監(jiān)測和射頻參數(shù)測量,掃描過程如圖1 所示。頻率表可任意定義每個掃描頻道的頻率、帶寬、測量時間、衰減器狀態(tài)等參數(shù),并檢查每個頻道是否存在信號。如果檢測到信號超過預定義的電平門限,接收機將在對應的頻率處駐留一段預設的時間,從而允許進行信號的解調(diào)和處理,解調(diào)信號可以通過揚聲器或耳機進行監(jiān)聽。如果沒有檢測出信號,則立即切換到下一個頻率點。在進行信道占用度測量時,需要在盡可能短時間內(nèi)測量盡可能多的頻道,以提高信道占用度測量的準確度。同時,監(jiān)測接收機的掃描速度越快,捕捉到短時、突發(fā)信號的概率也就越大。

        圖1 監(jiān)測接收機頻率掃描示意圖

        1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

        監(jiān)測接收機中基于CPU 控制的頻率掃描處理框圖如圖2 所示,主要由CPU、變頻接收模塊、中頻采集模塊及FPGA 信號處理模塊構(gòu)成。其中,CPU 完成人機交互、硬件控制、數(shù)據(jù)運算等功能,變頻接收模塊完成無線電信號的變頻、濾波等,將輸入信號變頻為頻率較低的中頻信號,中頻采集模塊完成中頻信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換,F(xiàn)PGA 完成數(shù)字信號的抽取濾波、FFT 等運算處理。頻率掃描的基本工作流程為,CPU 首先根據(jù)用戶設定的掃描頻率、帶寬、衰減器狀態(tài)等參數(shù)控制變頻接收、中頻采集等硬件平臺,然后讀取電平、頻譜等測量結(jié)果,根據(jù)設定門限決定是否在此頻道駐留測量,否則切換到下一個頻道進行繼續(xù)測量。整個掃描過程是以CPU 為核心串行操作,每個頻道的掃描時間=CPU 設置參數(shù)時間+采集處理時間+數(shù)據(jù)傳輸時間+CPU 運算處理時間。每個頻率掃描時間最短為數(shù)個ms 量級,掃描速度普遍在200 通道/以下,這對短時突發(fā)信號監(jiān)測、提高信道占用度測量的準確度是非常不利的。

        圖2 基于CPU 控制的頻率掃描處理框圖

        為此,本文設計了基于FPGA 的高速頻率掃描流程,原理框圖如圖2 所示,由FPGA 完成接收、采集控制及切換頻道的判斷,CPU 僅完成采集結(jié)果的顯示,實現(xiàn)硬件和軟件的完全并行處理。在FPGA 中需要實現(xiàn)參數(shù)設置、測量控制、數(shù)據(jù)緩存等操作。

        圖3 基于FPGA 的頻率掃描采集處理框圖

        2 高速頻率掃描流程控制

        (1)參數(shù)設置

        變頻模塊等硬件控制通過SPI 總線實現(xiàn),F(xiàn)PGA 完成硬件參數(shù)設置的結(jié)構(gòu)框圖如4 所示。CPU 初始化頻率掃描點數(shù)和每個頻點所需設置的參數(shù),通過PCIe DMA 方式寫入到DDR4 內(nèi)存中。頻率掃描啟動后,F(xiàn)PGA 從內(nèi)存中讀取參數(shù)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成SPI 總線格式發(fā)送到變頻接收和中頻采集模塊。

        SPI 總線的傳輸速度設置為8MHz,每個控制參數(shù)數(shù)據(jù)長度為32bit,控制參數(shù)間隔為1μs,變頻通道頻率切換共需設置30 個參數(shù),因此參數(shù)設置時間最小為(0.125μs ×32+1μs)×30=150μs。圖5為SPI總線參數(shù)設置實現(xiàn)波形圖。

        圖4 FPGA 完成SPI 參數(shù)設置的結(jié)構(gòu)框圖

        圖5 SPI 總線參數(shù)設置實現(xiàn)波形圖

        (2)測量控制

        參數(shù)設置完成后,F(xiàn)PGA 對采集的數(shù)據(jù)進行抽取濾波、FFT、檢波等處理,得到當前頻點的測量電平和頻譜。電平與設置門限比較,若小于門限則記錄該頻道的頻率、電平、頻譜等信息,切換到下一個頻率點進行測量;若大于門限則進入駐留狀態(tài),繼續(xù)測量電平和頻譜并啟動駐留時間計時,駐留時間到后切換到下一個頻率點測量;若在駐留時間內(nèi)測量電平值小于門限,則進入無信號保持狀態(tài),繼續(xù)測量并啟動無信號保持時間計時;一旦測量電平大于門限則退出無信號保持狀態(tài)并將無信號保持時間計時清零。若測量電平始終小于設置門限,則在無信號保持時間到后切換到下一個頻率點測量。圖6 為頻率掃描測量控制FPGA 實現(xiàn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。

        圖6 頻率掃描測量控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

        頻率掃描測量開始后首先進入?yún)?shù)設置狀態(tài),完成后等待頻率切換穩(wěn)定,穩(wěn)定后進入START測量狀態(tài),ADC數(shù)據(jù)進行抽取濾波、FFT、檢波等處理,產(chǎn)生電平、頻譜等測量結(jié)果;然后根據(jù)測量結(jié)果判定是否在當前頻點駐留測量或切換下一個頻點,通常測量信道沒有非法占用時不需要駐留測量,直接切換下一個頻點,此時最短信號測量時間為200μs。

        (3)數(shù)據(jù)緩存

        在頻率掃描過程中會產(chǎn)生電平、頻譜、解調(diào)等測量結(jié)果,F(xiàn)PGA 需要緩存大量數(shù)據(jù),選用DDR3 內(nèi)存顆粒MT41K256M16HA-125IT 作為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。由于采集處理與CPU 讀取測量結(jié)果并行進行,可能存在測量結(jié)果寫入內(nèi)存和CPU 讀取內(nèi)存同時進行的情況,而DDR3 內(nèi)存只有一組地址和數(shù)據(jù)總線接口,在同一時刻不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同時讀寫。DDR3 內(nèi)存用戶工作時鐘為200MHz,數(shù)據(jù)位寬16位×8=128位,數(shù)據(jù)速率最大為25.6Gbit/s。單通道PCIe 1.0的理論最高速度為2.5Gbit/s。DDR3 讀寫速度約為PCIe 讀寫速度的10 倍,可以利用“時間片輪轉(zhuǎn)”的思想實現(xiàn)內(nèi)存的同時讀寫,即分配給讀寫兩個進程一定大小的時間片,時間片結(jié)束后切換到另一個進程。

        DDR3 內(nèi)存實現(xiàn)頻譜數(shù)據(jù)同時讀寫的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖7所示。由于第一次寫頻譜數(shù)據(jù)時不會有讀操作,寫操作不用時間片輪轉(zhuǎn)。讀操作可能會有頻譜數(shù)據(jù)產(chǎn)生,需要分配讀寫時間片。頻譜數(shù)據(jù)產(chǎn)生后首先進入初始寫狀態(tài),中斷時間片結(jié)束后向上位機發(fā)送中斷,進入讀狀態(tài),讀取之前寫入D1區(qū)域的數(shù)據(jù)。若讀時間片沒有結(jié)束讀過程完成,則進入寫狀態(tài)WRITE_D2,往D2 區(qū)域?qū)憯?shù)據(jù);若讀未完成,讀時間片結(jié)束,則進入寫狀態(tài)R_WRITE_D2。寫D2 區(qū)域的中斷時間片結(jié)束后,進入讀D2 狀態(tài),若是第一次讀時間片結(jié)束,則先進入寫狀態(tài)初始化,寫地址從0 開始,然后進入寫D1 狀態(tài),同樣寫時間片結(jié)束返回到讀D2 狀態(tài)。如此循環(huán),“乒乓”讀寫D1 和D2 區(qū)域,實現(xiàn)了掃描不停止、電平頻譜同時讀寫的功能。

        圖7 內(nèi)存實現(xiàn)數(shù)據(jù)“同時讀寫”狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

        由于變頻通道頻率切換參數(shù)設置并穩(wěn)定的總時間為150μs+150μs=300μs,4096 點FFT 測 量 時 間 為200μs,完成一次測量的總時間為500μs。設定讀時間片長度為500μs,寫時間片長度為50μs。

        4 驗證與測試

        本文設計的基于FPGA 的信道頻率掃描流程應用到某型手持式監(jiān)測接收機中,完成了任意信道的高速掃描。頻率掃描每個信道的最小測量時間=參數(shù)設置時間+變頻通道頻率切換穩(wěn)定時間+FPGA 信號處理時間=150μs+150μs+200μs=500μs,最快掃描速度最快可達2000 通道/s。頻率掃描過程中受到CPU 處理速度及頻率回掃限制,實際測試掃描速度達到了1400 通道/s。提高CPU 處理速度和縮短頻率切換穩(wěn)定時間掃描速度將進一步提升。按照ITU-R SM.1839-1 建議書《測量無線電監(jiān)測接收機掃描速度的測試程序》推薦的方法進行測試,設置信號發(fā)生器步進掃描起始頻率2.5GHz,終止頻率3.5GHz,幅度-30dBm,頻率步進間隔20MHz,步進點數(shù)51,每個頻點停留時間為35ms。圖8 為接收機頻率掃描測試結(jié)果,可以看出掃描捕獲了全部信號,并且幅度誤差小于5dB。

        圖8 接收機頻率掃描測試結(jié)果

        5 結(jié)束語

        本文設計的基于FPGA 的快速信道掃描設計實現(xiàn)了掃描過程硬件的實時控制和測量運算的全并行處理。將該流程應用到某型手持式監(jiān)測接收機中,掃描速度達到了1400 通道/s,比傳統(tǒng)CPU 控制的頻率掃描速度提升了10 倍。

        猜你喜歡
        測量信號
        信號
        鴨綠江(2021年35期)2021-04-19 12:24:18
        完形填空二則
        把握四個“三” 測量變簡單
        滑動摩擦力的測量和計算
        孩子停止長個的信號
        滑動摩擦力的測量與計算
        測量的樂趣
        測量
        基于LabVIEW的力加載信號采集與PID控制
        一種基于極大似然估計的信號盲抽取算法
        免费精品人妻一区二区三区| 天天躁夜夜躁狠狠躁2021| 麻麻张开腿让我爽了一夜| 热久久网站| 最新日韩人妻中文字幕一区| 国产一区二区三区探花| 久久精品中文字幕有码| 午夜视频国产在线观看| 亚洲人成影院在线观看| 四川丰满少妇被弄到高潮| 国产又黄又爽又无遮挡的视频| 国产精品亚洲美女av网站| 亚州无吗一区二区三区| 久久久久亚洲精品男人的天堂| 国产成人精品午夜二三区波多野| 日本55丰满熟妇厨房伦| 2021精品国产综合久久| 黄片亚洲精品在线观看| 欧美性色欧美a在线播放| 成年女人色毛片| 亚洲色图视频在线| 欧美日本国产亚洲网站免费一区二区 | 少妇熟女天堂网av天堂| 国产人妻熟女呻吟在线观看| 韩日午夜在线资源一区二区 | 日本中文字幕一区二区高清在线 | 18禁裸男晨勃露j毛网站| 性生交大片免费看淑女出招 | 在教室伦流澡到高潮hgl动漫| 久激情内射婷内射蜜桃人妖 | 一区二区三区国产亚洲网站| 免费二级毛片在线播放| 亚洲av乱码一区二区三区观影| 亚洲av午夜一区二区三| 国产综合久久久久久鬼色| 久久精品日韩av无码| 久久久久综合一本久道| 白白色发布在线观看视频| 国产午夜福利精品一区二区三区| 波多野结衣亚洲一区二区三区| 91青青草在线观看视频|