楊 彥，韋朝欣

(1.廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué) 信息工程學(xué)院，南寧 530000；2.廣西壯族自治區(qū)人力資源和社會(huì)保障廳 信息中心，南寧 530000)

0 引言

軟件無(wú)線(xiàn)電是基于現(xiàn)代通信原理，以數(shù)字信號(hào)處理為中心的開(kāi)放式無(wú)線(xiàn)通信結(jié)構(gòu)體系。軟件無(wú)線(xiàn)電體系是將模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件部件以總線(xiàn)形式相連，組成一個(gè)通用的硬件平臺(tái)，再由軟件負(fù)載實(shí)現(xiàn)多通道、多層次的無(wú)線(xiàn)通信功能[1]。軟件無(wú)線(xiàn)電具有可編程的RF波段、通道訪(fǎng)問(wèn)模式、調(diào)制解調(diào)模式，將從信源基帶信號(hào)處理到RF信號(hào)的發(fā)射與接收均趨于數(shù)字化，其目標(biāo)是使通訊系統(tǒng)脫離硬件架構(gòu)的限制[2]。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，因此可以采用軟件來(lái)完成各種功能，從而可以進(jìn)行有效地更新，同時(shí)，也可以降低體系之間的交換和兼容性。鑒于上述特點(diǎn)，軟件無(wú)線(xiàn)電被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

根據(jù)軟件無(wú)線(xiàn)電的傳輸頻率，可以將其分為低頻、中頻和高頻3種類(lèi)型。其中，中頻軟件無(wú)線(xiàn)電是指頻段在300～3 000 kHz的無(wú)線(xiàn)電，該類(lèi)型無(wú)線(xiàn)電的傳輸需要經(jīng)過(guò)3個(gè)過(guò)程，分別為發(fā)送、傳送和接收，受到諸多因素的影響，中頻軟件無(wú)線(xiàn)電在接收環(huán)節(jié)存在明顯的功能問(wèn)題，主要體現(xiàn)在無(wú)線(xiàn)電信號(hào)接收丟失、信噪比低等方面，為此，設(shè)計(jì)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)具有重要意義。文獻(xiàn)[3]采用模擬最小化和數(shù)字最大化方法，利用芯片內(nèi)部集成的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，結(jié)合時(shí)鐘鎖相環(huán)，設(shè)計(jì)了一種軟件無(wú)線(xiàn)電架構(gòu)的接收機(jī)控制模擬前端電路，并完成軟件無(wú)線(xiàn)電的接收控制工作。文獻(xiàn)[4]采用本振光梳解調(diào)射頻信號(hào)，并接收帶寬的子信道，調(diào)整了信號(hào)的接收方式，根據(jù)信號(hào)接收原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收程序的控制。然而上述方法存在接收控制效果差的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)接收范圍、接收精度的有效控制。

為了提高中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)接收控制效果，在DSP和交換芯片的支持下，設(shè)計(jì)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)。將DSP芯片、交換芯片、中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)和中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制器作為控制系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備，提高數(shù)據(jù)的讀取速度和同步存取能力。采用A/D、 D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，通過(guò)調(diào)制樣式識(shí)別、解調(diào)和分類(lèi)存儲(chǔ)，解決了中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)接收控制效果差的問(wèn)題。

1 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

從硬件和軟件兩個(gè)方面設(shè)計(jì)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)，應(yīng)用DSP芯片作為無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的處理元件，采用交換芯片，接收控制指令傳輸，利用供電電源電路連接硬件設(shè)備，完成中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，為控制程序的運(yùn)行提供硬件支持，中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)原理框圖

圖1中，中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)的核心為數(shù)字信號(hào)處理部分，信號(hào)輸入后，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器處理為高速數(shù)字信號(hào)，交由DSP芯片、交換芯片對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器完成信號(hào)的采集和處理任務(wù)，輸出最終信號(hào)。

1.1 數(shù)字信號(hào)處理芯片

DSP芯片可以為中頻軟件無(wú)線(xiàn)電解碼、操作、甚至是在時(shí)間和頻率上生成離散信號(hào)提供最優(yōu)的處理器，在DSP芯片中加入了乘法累積運(yùn)算，因?yàn)橐话悴捎镁矸e運(yùn)算，所以在DSP中MAC運(yùn)算被優(yōu)化處理為單個(gè)DSP的單周期指令，使得DSP的工作效率得到了顯著地改善。另外，DSP還通過(guò)優(yōu)化尋址方式，使其能夠有效地讀出或?qū)懗龃鎯?chǔ)器電路的離散數(shù)據(jù)。利用哈佛結(jié)構(gòu)，DSP實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)和指令的同步存取，極大地加快了讀寫(xiě)的速度。在此次設(shè)計(jì)的中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)中，采用TMS320C6713型號(hào)的DSP芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)字信號(hào)處理芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

TMS320C6713芯片內(nèi)置1-7 Mb的芯片內(nèi)存，具有32 bit的存儲(chǔ)空間。片內(nèi)RAM由兩個(gè)部分組成，分別為程序/Cache存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)/Cache存儲(chǔ)器。二者均使用L1P/L2級(jí)緩沖結(jié)構(gòu)。TMS320C6713指令集里的所有命令都是條件指令，根據(jù)某種條件決定是否執(zhí)行。位運(yùn)算指令，包含位域抽取、設(shè)定、清除、位計(jì)數(shù)、規(guī)格化等。也可以進(jìn)行位元尋址，得到8 bit/16 bit/32 bit的數(shù)據(jù)。

1.2 交換芯片

交換芯片是千兆通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心，它能將多個(gè)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)部分連接起來(lái)，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，從而實(shí)現(xiàn)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電的遠(yuǎn)距離接收，并支持無(wú)線(xiàn)電接收控制指令的遠(yuǎn)距離傳輸。中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)中加設(shè)交換芯片的組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 交換芯片組成結(jié)構(gòu)圖

在運(yùn)行過(guò)程中，交換芯片采用IEEE802.3協(xié)議，在8個(gè)不同的千兆位端口間進(jìn)行MAC幀的交換，主要包括學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)。學(xué)習(xí)是指在端口收到MAC幀后，從MAC幀中抽取出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后在索引表中搜索相應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，根據(jù)搜索結(jié)果生成地址索引信息，確定主機(jī)地址與端口之間的映射關(guān)系[5]。而在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，當(dāng)端口收到請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)的MAC幀時(shí)，從MAC幀中抽取目標(biāo)地址，在MAC地址列表中尋找對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，從而獲得對(duì)應(yīng)目標(biāo)地址的端口號(hào)，然后再將MAC幀發(fā)送到相應(yīng)的端口。根據(jù)交換芯片所需的100 M網(wǎng)口和1個(gè)1 kM網(wǎng)口，選擇BCM53242型交換芯片，它包括24個(gè)全雙工10BASE-T/100BASE-TX，并具有通信網(wǎng)絡(luò)診斷功能。

1.3 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)

設(shè)計(jì)使用的中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)由振蕩器、濾波器、混頻器、數(shù)字上/下變頻器等部分組成，其內(nèi)部連接方式如圖4所示。

圖4 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)組成元件連接示意圖

中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)中使用的振蕩器單元采用雙鎖相環(huán)開(kāi)關(guān)模式，其中一個(gè)正常使用時(shí)，則另一個(gè)進(jìn)行配置并完成鎖定。兩個(gè)鎖相環(huán)輪流執(zhí)行組態(tài)鎖相，確保每個(gè)時(shí)間都能有一臺(tái)鎖相環(huán)信號(hào)源工作。在接收機(jī)中，中頻濾波器的作用是選擇中頻，減少頻段干擾，提高信號(hào)的信噪比[6]。在此次設(shè)計(jì)中，選擇了6 MHz的頻帶。它是一種用于接收的濾波器，它包括一個(gè)預(yù)選擇濾波器和一個(gè)鏡頻抑制濾波器。預(yù)選擇濾波器通常是在低噪聲放大器前面的射頻前端的一階；鏡頻抑制濾波器是實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像信號(hào)的抑制，通常是在低頻放大器后面進(jìn)行[7]?；祛l器[8]的功能主要是由一個(gè)倍增電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，將相關(guān)設(shè)備元件按照?qǐng)D4表示方式進(jìn)行連接，即可得出中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)果。

1.4 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制器

中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制器主要用來(lái)生成并執(zhí)行接收控制指令，控制器內(nèi)部的邏輯控制電路由CPLD完成，邏輯控制電路如圖5所示。

圖5 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收邏輯控制電路圖

此次設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)電接收控制器采用邏輯時(shí)序作為驅(qū)動(dòng)原理，其主要包含寬動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)檢測(cè)與處理單元中的數(shù)字衰減器驅(qū)動(dòng)、高速ADC采樣驅(qū)動(dòng)以及相關(guān)運(yùn)算，高速振蕩器單元中的PLL器件驅(qū)動(dòng)以及相關(guān)頻率運(yùn)算和切換控制，中頻處理單元中調(diào)整中頻AGC增益的DAC驅(qū)動(dòng)[9]。將中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制器與接收機(jī)相連，保證控制器輸出的控制信號(hào)能夠直接作用在中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)上，從而執(zhí)行相應(yīng)的控制任務(wù)。

2 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)

在中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)硬件的支持下，采集傳輸?shù)闹蓄l軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，校準(zhǔn)信號(hào)的不平衡度，經(jīng)過(guò)解調(diào)、分類(lèi)存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)電接收控制功能。

2.1 利用DSP技術(shù)采集并處理中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)

中頻軟件無(wú)線(xiàn)電的傳輸原理是：在盡可能接近天線(xiàn)的位置，采用寬帶的 A/D、 D/A預(yù)先把接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，然后通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行同步提取、信號(hào)調(diào)制樣式的識(shí)別、信道解碼、信號(hào)特征提取，整個(gè)無(wú)線(xiàn)電控制協(xié)議部分全部由軟件編程來(lái)完成[10]。利用帶通采樣原理對(duì)傳輸?shù)闹蓄l軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)進(jìn)行采集，以此作為接收對(duì)象。設(shè)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的頻帶范圍為[flower，fupper]，則中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的采樣速率設(shè)置為：

(1)

式中，nradio為中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的采樣量，該變量要求滿(mǎn)足如下條件：

(2)

式中，y[·]整型函數(shù)表達(dá)式，B為中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)帶寬。按照設(shè)置的信號(hào)采樣速率，得出第i個(gè)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的采樣結(jié)果為：

cos[(ωz+ωd)Ts+φ]+n(i)

(3)

式中，P為無(wú)線(xiàn)電達(dá)到接收機(jī)的功率，φ、ψ和φ分別表示的是多普勒頻移影響的碼速率偏移、相位時(shí)延的歸一化值和初始相位，Ts為無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的采樣周期，ωz和ωd對(duì)應(yīng)的是載波和多普勒頻移的角頻率，n(i)為無(wú)線(xiàn)電信號(hào)中的噪聲部分[11]。在A/D帶通采樣之后，在低頻部分仍會(huì)產(chǎn)生與原始信號(hào)相同的數(shù)字信號(hào)。在nradio為偶的情況下，取樣后的低頻帶會(huì)產(chǎn)生與原始信號(hào)頻率一致的頻譜；但是如果nradio是奇數(shù)，那么采樣后的基帶頻譜就會(huì)發(fā)生與它的中心頻率相反的現(xiàn)象，如果在帶通取樣之后，基帶上的頻譜是負(fù)的，那么對(duì)信號(hào)進(jìn)行正交變換即可。為保證系統(tǒng)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的接收控制效果，需要對(duì)初始采集的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)進(jìn)行變換處理[12]。另外，數(shù)字混頻正交變換過(guò)程可以量化表示為：

Sorthogonal(n)=S(n)e-j2πfloadTs

(4)

式中，fload為載頻。按照上述過(guò)程，在DSP芯片的支持下，完成中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的采集與處理工作。

2.2 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)不平衡校準(zhǔn)

根據(jù)采集的中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)估計(jì)接收機(jī)在任意位置上的不平衡度，無(wú)線(xiàn)電信號(hào)在幅度與相位兩個(gè)維度上的不平衡度估計(jì)結(jié)果可以表示為：

(5)

式中，sI(n)和sQ(n)分別表示初始采集中頻軟件無(wú)線(xiàn)電的I、Q分量[13]。在已知不平衡度的情況下，為校正無(wú)線(xiàn)電的IQ不平衡，需構(gòu)建無(wú)線(xiàn)電幅值的逆矩陣，通過(guò)逆矩陣與無(wú)線(xiàn)電信號(hào)分量的疊加，得出中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)不平衡校準(zhǔn)處理結(jié)果如下：

(6)

將實(shí)時(shí)采集的中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)以及公式(5)的計(jì)算結(jié)果代入到公式(6)中，即可輸出中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)不平衡的校準(zhǔn)結(jié)果。

2.3 實(shí)現(xiàn)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制功能

在控制器的支持下，生成控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)，完成調(diào)制樣式識(shí)別、解調(diào)以及接收存儲(chǔ)等功能，由此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)接收控制功能。

2.3.1 自動(dòng)識(shí)別中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)調(diào)制樣式

通過(guò)對(duì)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)調(diào)制樣式的識(shí)別，確定信號(hào)解調(diào)方式，從而將無(wú)線(xiàn)電模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。將所有調(diào)制樣式的中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)采用統(tǒng)一數(shù)學(xué)公式來(lái)表示，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

s(t)=A(t)cos[?+ψ(t)]

(7)

式中，A(t)為信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)，ψ(t)為瞬時(shí)相位，?表示的是信號(hào)綜合角頻率[14]。調(diào)制樣式的自動(dòng)識(shí)別主要根據(jù)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)特征參數(shù)與不同調(diào)制類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)特征的匹配度，提取的部分無(wú)線(xiàn)電信號(hào)特征參數(shù)可以表示為：

(8)

其中：NS和nf分別為無(wú)線(xiàn)電的取樣點(diǎn)數(shù)及屬于非弱信號(hào)的個(gè)數(shù)，Acn(t)和ψf(i)為零中心歸一化瞬時(shí)幅度和相位非線(xiàn)性分量[15]。在考慮特征權(quán)重的情況下，對(duì)公式(6)提取的特征參數(shù)進(jìn)行融合處理，得出的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)綜合特征標(biāo)記為τz，最終利用公式(9)計(jì)算i類(lèi)調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)與當(dāng)前接收無(wú)線(xiàn)電信號(hào)之間的匹配系數(shù)：

(9)

式中，τ(i)為i類(lèi)調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的運(yùn)行特征參數(shù)[16]。利用公式(7)實(shí)現(xiàn)當(dāng)前無(wú)線(xiàn)電信號(hào)與所有調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的特征匹配，取匹配系數(shù)對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)制類(lèi)型作為當(dāng)前無(wú)線(xiàn)電信號(hào)調(diào)制樣式的自動(dòng)識(shí)別結(jié)果。

2.3.2 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)解調(diào)

根據(jù)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)調(diào)制類(lèi)型的自動(dòng)識(shí)別結(jié)果，對(duì)實(shí)時(shí)傳輸過(guò)來(lái)的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理。采用數(shù)字相干解調(diào)原理完成無(wú)線(xiàn)電信號(hào)解調(diào)，解調(diào)原理如圖6所示。

圖6 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)解調(diào)原理圖

通過(guò)正交調(diào)制得到的調(diào)制信號(hào)，可以通過(guò)正交解調(diào)來(lái)還原原始信號(hào)[17]。中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的數(shù)字相干解調(diào)過(guò)程可以分為3個(gè)步驟，分別為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相，其中調(diào)幅解調(diào)過(guò)程可以表示為：

(10)

其中：gI(n)和gQ(n)分別表示的是同相分量和正交分量，將公式(10)的計(jì)算結(jié)果代入到初始接收到的中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)中，替代初始信號(hào)的瞬時(shí)包絡(luò)幅值，從而完成無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的調(diào)幅解調(diào)結(jié)果[18]。同理對(duì)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)中的頻率和相位進(jìn)行解調(diào)，通過(guò)解調(diào)系數(shù)的替換，得出中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的解調(diào)處理結(jié)果。

2.3.3 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)接收與分類(lèi)存儲(chǔ)

根據(jù)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的接收量，在接收機(jī)端預(yù)留出相應(yīng)的存儲(chǔ)空間。利用公式(11)確定中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收結(jié)果的所屬類(lèi)型：

ζ(si)=

(11)

式中，nτ為提取的特征參數(shù)數(shù)量，τ0(i)為當(dāng)前存儲(chǔ)空間中現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)特征[19-20]。根據(jù)公式(8)的計(jì)算結(jié)果，選擇ζ(si)取值最大的存儲(chǔ)空間作為無(wú)線(xiàn)電接收信號(hào)的實(shí)際存儲(chǔ)位置，完成該信號(hào)的分類(lèi)存儲(chǔ)。按照上述步驟，反復(fù)執(zhí)行解調(diào)與分類(lèi)存儲(chǔ)過(guò)程，并對(duì)分類(lèi)存儲(chǔ)空間進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，按照接收的時(shí)間順序生成無(wú)線(xiàn)電信號(hào)接收列表，由此完成系統(tǒng)的信號(hào)接收與控制任務(wù)。

3 系統(tǒng)測(cè)試

為了測(cè)試此次設(shè)計(jì)的基于DSP和交換芯片的中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)的有效性，將硬件和軟件的設(shè)計(jì)結(jié)果看作一個(gè)整體，接收多組中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，并觀察在控制系統(tǒng)作用下接收信號(hào)的精度和數(shù)量，通過(guò)對(duì)接收信號(hào)性能的分析，體現(xiàn)出無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)的控制功能。

3.1 配置并調(diào)試系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境配置主要分為兩個(gè)步驟，首先將DSP芯片、交換芯片等相關(guān)的硬件設(shè)備安裝到電路板上，并與主測(cè)計(jì)算機(jī)相連，將所有的硬件設(shè)備切換至工作狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，利用編程工具實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接收控制功能程序的開(kāi)發(fā)，并直接導(dǎo)入到主測(cè)計(jì)算機(jī)中。為保證主測(cè)計(jì)算機(jī)能夠支持此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行工作，在主測(cè)計(jì)算機(jī)內(nèi)部裝設(shè)ARM處理器，操作系統(tǒng)設(shè)置為L(zhǎng)inux2.6版本。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的調(diào)試包括3個(gè)部分，在硬件設(shè)備調(diào)試工作中，先對(duì)電路板進(jìn)行目測(cè)檢查，即根據(jù)圖紙?jiān)敿?xì)的要求，對(duì)每一臺(tái)設(shè)備的型號(hào)和插腳進(jìn)行檢查，以確保電路板上的電極元件和設(shè)備的型號(hào)準(zhǔn)確。在電路板上電之前，先進(jìn)行電氣接地狀況的試驗(yàn)，以避免因過(guò)多或設(shè)備插腳造成的電氣接地故障。利用萬(wàn)用表測(cè)量電路板上各個(gè)供電端的接地電阻，并測(cè)量輸入/輸出端的接地電阻，以確保各個(gè)電源和接口的接地電阻都在正常范圍之內(nèi)。軟件驅(qū)動(dòng)調(diào)試主要是觀察驅(qū)動(dòng)程序的時(shí)序是否符合相關(guān)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)時(shí)序，確定了整個(gè)軟件驅(qū)動(dòng)的時(shí)間控制是否符合設(shè)計(jì)要求，并對(duì)整個(gè)控制過(guò)程進(jìn)行了精確、合理地分析。在系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試環(huán)節(jié)，驗(yàn)證控制系統(tǒng)軟件程序是否能夠驅(qū)動(dòng)硬件設(shè)備產(chǎn)生控制信號(hào)，并作用在接收機(jī)上。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境配置并調(diào)試成功后，執(zhí)行系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)的下一步操作。

3.2 生成中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)樣本

利用中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)發(fā)射器，生成正余弦波、方波、三角波等多種波形的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)作為傳輸對(duì)象，將其量化保存到發(fā)射器中，然后通過(guò)信號(hào)的讀取將其添加到傳輸隊(duì)列中。01號(hào)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)樣本的生成結(jié)果如圖7所示。

圖7 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)樣本波形圖

實(shí)驗(yàn)共生成100組無(wú)線(xiàn)電信號(hào)樣本，初始生成的信號(hào)樣本中存在噪聲，噪聲強(qiáng)度約為3 dB。

3.3 描述系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程

將生成的中頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道定向傳輸給接收機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)，得出相應(yīng)的無(wú)線(xiàn)電接收結(jié)果。中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)的運(yùn)行界面如圖8所示。

圖8 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)運(yùn)行界面

按照上述方式可以得出所有無(wú)線(xiàn)電樣本的接收結(jié)果，為了測(cè)試此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)在接收控制功能方面的優(yōu)勢(shì)，分別設(shè)置文獻(xiàn)[3]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)的對(duì)比系統(tǒng)，并按照上述方式得出對(duì)比控制系統(tǒng)下的中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收結(jié)果。

3.4 設(shè)置系統(tǒng)控制功能測(cè)試指標(biāo)

此次系統(tǒng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)分別通過(guò)對(duì)接收無(wú)線(xiàn)電質(zhì)量與數(shù)量的度量，證明此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)在接收精度和接收范圍兩個(gè)方面的控制效果。設(shè)置無(wú)線(xiàn)電接收質(zhì)量的測(cè)試指標(biāo)為無(wú)線(xiàn)電信噪比，其數(shù)值結(jié)果如下：

(12)

其中：Nradio和NNoise分別表示的是接收無(wú)線(xiàn)電信號(hào)中的有效信號(hào)量和噪聲信號(hào)量。另外設(shè)置中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收范圍的量化測(cè)試指標(biāo)為無(wú)線(xiàn)電信號(hào)接收量，該指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果為：

(13)

式中，nj為傳輸信道j接收到的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)數(shù)量，nchannel為接收區(qū)域內(nèi)包含的信道數(shù)量。最終計(jì)算得出無(wú)線(xiàn)電信號(hào)信噪比越高，證明無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的接收質(zhì)量越好，間接證明對(duì)應(yīng)系統(tǒng)在接收精度控制方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，而指標(biāo)Nreceive越大，說(shuō)明信號(hào)接收數(shù)量越多、接收范圍越大，則說(shuō)明對(duì)應(yīng)系統(tǒng)具有良好的接收范圍控制功能。

3.5 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與分析

3.5.1 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收精度控制功能測(cè)試結(jié)果

在不同控制系統(tǒng)作用下，獲取中頻軟件無(wú)線(xiàn)電的接收結(jié)果，通過(guò)接收無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的分析，反映出系統(tǒng)在接收精度控制功能方面的測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收精度控制功能測(cè)試結(jié)果

將表1中的數(shù)據(jù)代入到公式(12)中，計(jì)算得出在兩個(gè)對(duì)比系統(tǒng)控制下，接收到中頻軟件無(wú)線(xiàn)電的平均信噪比分別為16.2 dB和20.4 dB，而在此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制下，得到無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的平均信噪比為47.4 dB。由此可知，此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)電接收信號(hào)信噪比較高，具有較好的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)接收質(zhì)量和接收精度控制。

3.5.2 中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收范圍控制功能測(cè)試結(jié)果

統(tǒng)計(jì)不同系統(tǒng)控制下，接收機(jī)收到的實(shí)際無(wú)線(xiàn)電信號(hào)量，通過(guò)公式(13)的計(jì)算，得出反映系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電接收范圍控制功能的測(cè)試結(jié)果如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)電接收范圍控制功能測(cè)試對(duì)比結(jié)果

從圖9中可以看出，接收機(jī)收到的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)更多，在不考慮接收機(jī)配置和發(fā)送無(wú)線(xiàn)電信號(hào)差異的情況下，與其他兩種系統(tǒng)相比，此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)接收到的實(shí)際無(wú)線(xiàn)電信號(hào)量更多。由此證明，此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠在一定程度上擴(kuò)大無(wú)線(xiàn)電的接收范圍。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于DSP和交換芯片的中頻軟件無(wú)線(xiàn)電接收控制系統(tǒng)，主要針對(duì)中頻軟件無(wú)線(xiàn)電的接收問(wèn)題進(jìn)行分析，通過(guò)DSP和交換芯片、振蕩器、濾波器、混頻器等元件，設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。并在系統(tǒng)硬件的支持下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的接收控制功能。從系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果中可以看出，此次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能夠有效提高無(wú)線(xiàn)電的接收質(zhì)量，同時(shí)擴(kuò)大接收范圍，達(dá)到預(yù)期的控制效果。在今后的研究工作中，可以根據(jù)低頻和高頻軟件無(wú)線(xiàn)電信號(hào)特征，對(duì)此次設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的運(yùn)行系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件無(wú)線(xiàn)電全頻信號(hào)的接收控制。