某无线通讯管制设备激励模块设计

朱文松 朱亮 王强

摘要：随着无线通讯设备的普及，对利用无线通讯进行非法活动的监管和控制显得越来越重要，本文针对某无线通讯管控设备的需求，设计并实现了通用激励波形产生模块。采用高速DAC，保证了系统对波形复杂度和带宽的要求；大容量存储器的配置，提供了足够的空间固化不同模式的波形；模块选用现场可编程门阵列（FPGA）实现逻辑控制，并设计了多种通讯接口和控制端口。系统实际联调和使用表明该模块功能完善、性能稳定、通用性强。

关键词：无线管制 DAC 波形产生

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0130-01

随着社会发展，无线通讯设备已经广泛的融入到我们的生活，如广播电视、手机、无线网络等等，这些极大的便利和丰富了我们生活，同时也给监管带来了挑战。如非法商人为牟利搭建的私人广播电台；一些具有无线通讯的设备，非法占用通讯频段，；大型考试中利用手机作弊的非法行为，严重干扰考试公正。特别非法分子利用无线通讯设备，给公共安全带来的危害，使得对利用无线通讯进行非法活动的监管和控制显得非常重要。

1 激励波形模块

模块主要包括两路波形输出，两路时钟输入（DAC工作时钟和系统工作时钟），主控制器，大容量存储器，TTL和差分IO信号，高速GXB接口，网口，RS422接口，温度传感器等。模块采用FPGA（EP4SGX180）作为主控制器，系统工作时，FPGA将波形数据通过高速差分接口送给DAC，由DAC产生需要的波形。同时，FLASH（PC28F00AP30EF）和SRAM（CY7C1470V33-167AXI）的读写、TTL和差分控制信号的输入输出也由FPGA控制。另外FPGA还负责解析高速serdes、网口和RS422口的协议。

1.1 AD9783

模块波形主要由高速DAC产生，模块选用的AD9783是一款高性能、高动态范围、双通道DAC，具有16bit分辨率，最高工作速度达到500MHZ。具有多种混频模式，可以在第一奈奎斯特区输出高质量的信号，采用适合的混频模式可以使得信号在第二奈奎斯特区输出。目前主要应用在无线通讯、RF信号发生器、任意波形发生器等领域。

1.2 低噪声设计

激励波形模块使用14 层板设计，为了减小系统本底噪声。并在设计中采取了多种措施抑制噪声（1）模块间低噪声设计，地环路噪声是影响系统噪声水平的一个重要原因，激励波形模块与系统其他各个模块之间信号尽量采用差分线连接，将地环路噪声降到最小，特别是数字对模拟的影响。（2）激励波形模块低噪声设计，主要体现在以下三个方面：①选择低噪声的器件。②采用分离电源设计，模块数字电源和模拟电源分别供入模块。③分离地处理，同电源设计类似，模块地分为模拟地和数字地。④信号隔离，模块与上位机主通信口采用光通信方式，不仅通信速度快，同时上位机复杂的电磁环境对模块的影响最小。通过模块的调试和系统的联调表明，以上几种措施可以有效提高模块输出波形信号的质量。

2 FPGA设计

模块选用FPGA作为主控制器，其主要任务有：（1）负责通信：处理光通信口数据收发、网口的数据收发、RS422串口的数据收发。（2）负责存储器读写：FLASH、SRAM的读写控制。（3）负责波形数据的产生和处理。（4）负责AD9783的配置、将波形数据并通过高速LVDS送给AD9783产生模拟波形。（5）负责温度传感器的读取。（6）根据外送的电时序或高速光通信口解析出来的光时序，产生变频、滤波器、功放等模块的门套TTL控制信号等。

针对不同的干扰目标、不同的工作环境，需要有不同的激励波形，激励波形有两种产生方法：（1）上位机通过通信口发送指令，产生特定的波形（线性调频信号，点频，BPSK等等），或者是上位机的信号处理模块通过特定的算法仿真出来的激励波形数据，之后通过高速光通信口直接送给激励模块，激励模块FPGA只做协议解析和数据拼接，按照一定的时序送给DAC产生模拟波形。这种方式的优点是系统可以根据工作环境设置不同的参数，信号处理板根据这些参数，灵活、实时产生激励波形，从而达到最优的无线管制效果，但是，系统必须配置较复杂的信号处理板，成本较高，另外这种方式需要通过高速的光通信口传输数据，系统架构较复杂，稳定性和可维护性降低。（2）系统工作时不再配置信号处理板，只在首次固化波形时使用一次。事先将仿真波形存储在激励模块的非易性FLASH中，系统上电工作时，根据激励模块上双排开关的选择，将需要的波形数据从FLASH中读出，写入可以高速读取的SRAM中，之后按照一定的时序将波形从SRAM读出，在经过内插滤波处理后生成高速波形数据，送给DAC。从SRAM读出的波形为基带波形，所以在基带波形进入FPGA后，还必须经过内插滤波器的处理。这种方法，系统工作时，不需要信号处理板，也不需要高速光通信口，系统架构简单，成本较低，可靠性较高。

3 测试

对激励模块进行了功能测试、性能测试以及各种环境试验。功能测试主要检验系统工作是否正常，稳定，包括软件和硬件以及二者交互。性能测试主要考察激励模块输出波形的质量，测试结果表明激励模块各项性能指标满足设计要求。

4 结语

根据无线通讯管制设备对激励波形的要求，设计并实现了通用激励波形模块。通过对激励波形模块配置高速DAC、大容量FLASH、SRAM存储器、大密度FPGA、多种通信接口等等，使得模块的功能性和通用性较强。另外多种噪声抑制措施的采用，使得模块的本底噪声较低，干扰较小，激励波形质量较高。另外，提供二种波形产生办法，用户可根据自身的需求，选择具体的配置。

参考文献

[1]邓耀华，吴黎明，张力锴.基于FPGA的双DDS任意波发生器设计与杂散噪声抑制方法[J].仪器仪表学报，2009，30（11）：2255-2261.

[2]郑裕峰，王永纲.用于IRFPA测试的高性能数据采集系统[J].数据采集与处理，2008，23（3）：362-366.