基于CPCI总线可重组中频调制器设计与应用

摘要：为实现某基带中频调制设备的全数字、低故障率、小型化和可重组目标，采用基于CPCI总线技术和软件重组等设计方法完成了数字化中频调制器的设计。测试和应用结果表明，该调制器各项技术指标满足设计要求、各项功能正常，工作稳定。通过软件重组，可满足现有通用雷达设备的不同调制信号需求。
关键词：CPCI总线；中频调制器；FPGA；软件无线电

随着测控领域各项技术的不断推进，目前，通用的测控装备基带分系统已经进入了全数字化的第四代模式。
较传统意义上的基带设备，第四代基带设备由于采用了CPCI总线硬件平台、千万门级FPGA和高性能DSP芯片以及软件可重组设计技术，因此其具有可靠性高、通用性强、功能可重组等优势。中频调制器是基带分系统的核心器件，主要完成基带中频发射信号的产生、提供基带接收机接收解调参考基准信号、接收解调时统信号等功能。按照软件无线电的思想设计实现调制器，在同一个硬件平台上，通过配置不同的软件模块来实现不同的调制信号，缩短研制周期，避免因调制体制的变化而产生诸多问题；同时，由于数字器件的一致性较好，使得基于软件无线电的通用调制器的制造和测试成本大幅降低；此外，还能应用先进的信号处理技术提高信号的调制特性，增强调制器的灵活性和扩展性。

1 系统方案设计
1．1 系统组成
基于CPCI总线的中频调制器将模拟与数字电路分离，以前后板方式安装于工控机内，硬件构成上主要包括调制器信号处理板、渊制器信道盒。
1．1．1 调制器信号处理板
调制器信号处理板为CPCI标准板卡(前板)结构，电路框图如图1所示，硬件电路主要由以下几部分构成：

(1)主控FPGA、PCI接口、双口RAM，主要完成对板卡的功能重组控制、PCI总线数据接收、发送功能。
(2)功能可重组FPGA1及其外围器件、DSP及其外围器件。FPGA1加载中频调制器测距信号产生、噪声源模块。DSP用于调制器单元的控制等功能。
(3)D／A变换器1，2。D／A变换器工作频率可以到1 GHz，可以直接产生70 MHz的中频信号；板卡配备2片高速D／A，具备双通道中频调制输出能力。在本基带中D／A变换器1输出上行中频调制信号。D／A变换器2在中频闭环测试时用，输出高斯白噪声，模拟信道噪声。
1. 1．2 调制器信道盒
调制器信道盒安装于CPCI标准板卡(后板)。上行中频信道框图见图2。信号支路采用(68±1．7)MHz和(70±16．2)MHz两种滤波器。在工作状态时产生的(68±1．625)MHz(68 MHz载波，1 MHz高侧音，125 Kb／s的PN码，上行扫描范围±500 kHz)上行信号通过(68±1．7)MHz滤波器输出。在设备自检状态时产生的(70．08±16．105)MHz或(69．92±16．105)MHz(70．08 MHz或69．92 MHz载波，最大14．5 MHz副载波，1 MHz高侧音，125 Kb／s的PN码，下行多普勒范围±400 kHz)模拟下行信号通过(70±16．2)MHz滤波器输出。噪声支路采用(70±16．2)MHz的滤波器，输出模拟下行通道噪声。