数字中频接收机技术应用及国产化实现

张佳明

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510000）

数字中频接收机技术应用及国产化实现

张佳明

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510000）

在当下国家倡导的“保障信息安全，实现核心软硬件国产化自主可控”已被上升到国家安全层面。随着国产半导体集成电路的发展，采用国产器件实现数字中频信号接收机成为可能。文章从数字中频接收机的基本构造及原理入手，对国产器件现状进行分析，提出了一种数字中频接收机的国产化方案。

数字中频接收机；国产器件；自主可控

目前我国应用的数字接收机大部分都以进口集成电路为主，数字化的中频信号或射频信号接收机需要大规模可编程集成电路、高性能信号处理器以及高采样率和带宽的模数转换器。这些集成电路设计复杂，国产化进程难度较大。但随着近年来国家倡导的国产自主可控战略，应用在通信领域的国产数字信号处理的芯片已经形成了一定的成果，应用国产器件设计数字中频接收机成为可能。

1　数字中频接收机的基本构成原理

数字中频接收机由6大模块基本构成，如：中频采用模块、变频模块、滤波抽取模块、滤波正向模块、多相信号解调模块、信号复原模块。尽管目前我国数字技术发展也有较长的时间，但仍受限于信号传播载体等问题，数字接收机目前也只能做到信号转化、转换后信号处理等功能，数字中频接收机构成原理如图1所示。

图1　数字中频接收机构成原理

在该中频接收机信号处理基本路径中，信号从接收到完成信号处理需要经历4个大的阶段，包括射频信号收集、射频信号转换、中频信号传输及转换后中频信号处理等。在天线端将主要负责射频信号的收集，通过相关的信号收集前段将收集到的信号转换为中频信号，然后通过相关元器件（如ADC）进行中频信号的进一步传输和数字信号处理等工作。

2　国产芯片的现状

国产集成电路产业作为国家的核心战略产业，从“三线”建设到“908工程”“909工程”“863计划”、核高基项目等，再到1300亿集成电路产业基金项目的出台和实施，国家持续对集成电路产业进行扶持，目前已取得长足进步。截止到2014年我国集成电路产业完成内销产值1011亿元，同比增长9.9%。到2015年我国集成电路产业电路设计收入1449亿元，同比增长了13.3%，国内芯片设计厂家海思也首次进入全球设计公司前6名。

在应用于数字中频技术的信号处理芯片方面，目前国产FPGA，ADC有一定成果。国产FPGA以深圳国微、成都华微、中科院微电子所、复旦微电子等公司的兼容Xilinx系列设计方向，其FPGA的成熟产品已经在V4水平，2016年个别公司已对V7系列的FPGA进行设计，预计到2017年具备样片。另外在自主研发FPGA方面可关注京微雅格，其产品完全属于正向研制。在ADC方面中电24，58所、苏州云芯微、中航772所均有成熟的航天级及工业级产品。

3　采用国产芯片成果设计数字中频接收机

以下内容将着重探讨采用复旦微电子的V4系列JFM4 VSX55RT的FPGA，AD采用中航772所的B2209，DSP采用国防科大银河飞腾FT-C6416构建的国产化数字中频接收机方案。

而目前一些技术也将国产芯片运用于数字中频接收机的制造流程中，而其原理主要是依靠国产ADC完成信号的模数转换过程，而且完成转换后，数字信号会按照国产FPGA完成输送过程，在FPGA处理后，信号则会通过DPS完成算法处理，原理如图2所示。

图2　数字中频接收机信号处理技术工作原理

（1）设计理论：设定一个带限的频率信号为f（XT），将其频率信号限制设定为（fL，fH），首先假设采样速率为fS，而fS符合条件fS=2（fL-fH）/（2m+1）时，既可以得出fS的具体数值，而这些值也体现等间距时间收信号的采样值x （MTS）可以符合原有的数字信号f（XT）。而根据以上原理可知，若不具有多频带信号进行发送与传输等过程，这也是由于这类信号易出现混乱以及叠加问题造成的。（2）信号接收系统设计：而且基于该类理论，对信号接收系统设定可以首先从信号接收系统入手，而且B2209芯片作为基础，就可以有效将中频的模拟信号改变为数字信号，并且输送入FPGA。而该芯片的采样率应当满足100Ms/s，其主要优势在于对中频信号采样过程，需要的电压门槛较低，而且具有较强的降噪能力，另外信号放大能力较强，而且能够利用双电源来供给数字中频接收机更多电力。FPGA方面采用复旦微电子的V4系列的JFM4VSX55RT，它主要实现信号上下变频、调制解调、信道估计、多径处理等功能。DSP采用银河飞腾FT-C6416主要实现基带信号处理，链路层信号处理等功能。国产数字中频信号接收机的原理如图3所示。

另外，中频采样的实现就是基于模数转换原理以达到信号转换的效果，而且需要根据Nyquist和带通采样的基础原理进行转换过程。另外，基于前者，则首先需要制定一个具有限频率的信号，而且频带要求在（0，fH）范围内，而基于以上基础，就可以得到等间距需求的信号采样，而且采样速率应当要高于fL=2FH，而且对基带信号的频谱具有更高要求，另外，在实际操作过程，基于前一种理论，基带信号应当在（fL，fH）范围，而对于后者，则需要制定一个带限的频率信号f（XT），而且限制范围在（fL，fH），同时保持采样速率为fS，而且符合fS=2（fL-fH）/（2m+1）的条件，即可开始采样操作。

图3　数字中频信号接收机原理

4　结语

综上所述，利用目前国产化芯片的成果，可以实现数字中频接收机的设计，成果可以应用在雷达侦测和无线测控以及遥感监控等特种通信领域。随着国产芯片设计及产业链的完善，技术成熟度的提高及成本的降低可以使更多的成果向民用方面转移。

［1］苗玉杰.关于数字中频接收机信号处理的研究［J］.信息与电脑，2013（5）：25-26.

［2］周建烨，徐兰天.接收机的中频处理技术［J］.电子产品世界，2015（5）：22-24.

［3］张黎明.高性能数字接收机设计［J］.电子产品世界，2013（5）：40-42.

Technology Application and Realization of Digital Intermediate Frequency Receiver

Zhang Jiaming
（Guangzhou Haige Communications Group Incorprated Company， Guangzhou 510000， China）

In the moment the country advocates the protection of information security， the realization of the core software and hardware localization of autonomous control has been raised to the national security level.Along with the development of domestic semiconductor integrated circuit， it is possible to implement digital intermediate frequency signal receiver.Based on the basic structure and principle of digital intermediate frequency receiver， this paper analyzes the present situation of domestic device， and puts forward a new method of digital IF receiver.

digital intermediate frequency receiver； domestic device； autonomous control

张佳明（1985-），男，黑龙江哈尔滨，硕士，工程师；研究方向：基带处理硬件平台。