基于DSP的調(diào)幅廣播信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于dsp的調(diào)幅廣播信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)隨著通信與廣播電視業(yè)務(wù)的進(jìn)展，頻譜快速、大量的被占用，頻道擁擠和互相間干擾日趨嚴(yán)峻，為了能有效地利用無線電頻譜，削減互相間的干擾，信號(hào)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)隨之成為須要。調(diào)幅廣播信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)短波調(diào)幅廣播信號(hào)的調(diào)幅度、載波頻率的專用系統(tǒng)。圖1為調(diào)幅廣播信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、上位機(jī)通信模塊組成。其工作方式為：輸入信號(hào)通過線性數(shù)控增益后由a/d轉(zhuǎn)換器采樣，采樣后的數(shù)據(jù)由送入舉行數(shù)據(jù)處理，所得到的監(jiān)測(cè)結(jié)果由fpga通過pci接口送入上位機(jī)。同時(shí)由dsp對(duì)采樣所得信號(hào)大小舉行監(jiān)測(cè)，通過fpga對(duì)線性數(shù)控增益放大器的

2、增益舉行調(diào)節(jié)，使其輸出信號(hào)滿足系統(tǒng)測(cè)量要求。2 算法和數(shù)字處理軟件調(diào)幅廣播信號(hào)的特點(diǎn)是載波頻率相對(duì)穩(wěn)定而調(diào)幅度實(shí)時(shí)變幻，所以系統(tǒng)每監(jiān)測(cè)一百次調(diào)幅度再監(jiān)測(cè)一次載波頻率同樣可以達(dá)到監(jiān)測(cè)信號(hào)的目的。系統(tǒng)所要監(jiān)測(cè)的信號(hào)的帶寬小于10khz，頻率范圍為1.5mhz30mhz。若對(duì)信號(hào)舉行過采樣，為保證測(cè)量精度則采樣頻率要達(dá)到240mhz，后續(xù)數(shù)據(jù)處理難度較大，所以系統(tǒng)挑選對(duì)信號(hào)舉行欠采樣。采樣點(diǎn)數(shù)為n=4096。調(diào)幅信號(hào)調(diào)幅度的計(jì)算公式如下：其中m為調(diào)幅度，a為包絡(luò)上、下兩正峰間的幅度，b為包絡(luò)上、下兩負(fù)峰間的幅度。本系統(tǒng)中先用頻域移相法求得a/d采樣后信號(hào)的hilbert變換，然后取肯定值即可得到am

3、信號(hào)的上包絡(luò)。由于單音調(diào)幅信號(hào)的上、下包絡(luò)關(guān)于零軸對(duì)稱，所以只要得到上、下包絡(luò)其中之一就能按照式(1)求得調(diào)幅度。設(shè)輸入信號(hào)為f(t)，則由采樣定理可知采樣前信號(hào)的頻譜f(w)和采樣后信號(hào)的頻譜fs(w)有如下關(guān)系：設(shè)輸入正弦信號(hào)為：則采樣后信號(hào)的頻譜為：按照上式可知，信號(hào)的頻譜在w=wi-nw處有峰值。由下式可知只要計(jì)算出n值和通過傅里葉變換估量欠采樣后信號(hào)的頻率w，正弦信號(hào)的真切頻率ws就可精確求出。輸入信號(hào)最高頻率為30mhz，系統(tǒng)選取最小公倍數(shù)為60mhz的兩個(gè)采樣頻率分離為fs1、fs2(fs1=60/264mhz=0.228mhz、fs2=60/261mhz=0.230mhz)對(duì)信

4、號(hào)舉行采樣，對(duì)采樣后的信號(hào)作fft變換，與fs1和fs2相對(duì)應(yīng)的頻率分離為f1=fs1×n1/n和f2=fs2×n2/n。由此可粗略的得到信號(hào)的載波頻率為：進(jìn)而為了達(dá)到1hz的測(cè)量精度，必需舉行頻譜細(xì)化。若要達(dá)到0.5hz辨別率，則分析200hz譜寬需要計(jì)算400點(diǎn)。在粗估量頻率的前后100hz內(nèi)舉行頻率細(xì)化分析，分離對(duì)f1和f2作n1和n2周圍400點(diǎn)的dft變換。變換后得到頻譜f1和f2，分離求出其幅度最大值對(duì)應(yīng)的位置nf1和nf2，從而得到精估量的信號(hào)頻率值和：按照式(6)可以列出兩組載波頻率的矩陣：最后按照式(8)中最臨近的兩個(gè)值fcn1和fcn2就可以計(jì)算出載波頻

5、率值為：按照上述算法可得到dsp中數(shù)據(jù)處理軟件的流程圖(圖2)。3 fpga規(guī)律設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中fpga主要用來協(xié)調(diào)各個(gè)模塊間的數(shù)據(jù)傳輸，分離為a/d采樣數(shù)據(jù)到dsp的傳輸、dsp計(jì)算結(jié)果到pci接口的傳輸以及數(shù)控增益放大器的增益控制。同時(shí)fpga還為系統(tǒng)工作提供了須要的時(shí)鐘、復(fù)位信號(hào)、控制信號(hào)(圖3)。4 器件挑選a/d轉(zhuǎn)換器是囫圇監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的性能往往挺直影響囫圇監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。當(dāng)a/d有效位數(shù)大于12位時(shí)量化損失為0.0055db，其對(duì)測(cè)量精度的影響可忽視不計(jì)。系統(tǒng)選用的a/d轉(zhuǎn)換器為公司的ad9433。輸入ad9433的信號(hào)幅度要控制在一定的范圍內(nèi)，否則會(huì)造成失真，甚至燒毀芯

6、片，所以要在ad9433之前用運(yùn)放對(duì)信號(hào)幅度舉行調(diào)控。同時(shí)按照調(diào)幅廣播信號(hào)幅度實(shí)時(shí)變幻的特點(diǎn)，要求所挑選的運(yùn)放增益可變。基于上述要求系統(tǒng)選用adi公司的線性數(shù)控增益放大器ad8320。系統(tǒng)對(duì)信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)為n=4096，算法采納hilbert變換解調(diào)求調(diào)幅度和欠采樣求載波頻率，所以每計(jì)算100次調(diào)幅度和1次載波頻率所需要的運(yùn)算量也許為：本系統(tǒng)選用adi公司sharc系列的adsp-21262作為數(shù)據(jù)處理芯片。按照adsp-21262性能可估算出系統(tǒng)完成一次調(diào)幅度測(cè)量所需要的時(shí)光也許為800s，完成一次載波頻率測(cè)量所需要的時(shí)光也許為10ms，可以滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求。在總線控制模塊中，系統(tǒng)選用公司cyclone ii系列中的ep2c8q208c8 fpga芯片。pci接口模塊選用plx公司的pci總線控制芯片pc19054。5 結(jié)語(yǔ)本文介紹了一種基于dsp的調(diào)幅廣播信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采納了數(shù)字信號(hào)處理的辦法，與模擬監(jiān)