基于AD9959的FM及以下波段软件无线电发射系统

郁凯 潘欣裕 陈昊 沈志昕 王俭

摘 要：文中主要介绍了基于AD9959和STM32的软件无线电发射系统。系统对输入音频采用FM调制方式，无线电信号频率为FM及以下波段，使用STM32F103系列MCU作为主控，使用型号为AD9959的DDS作为信号发生器，可实现语音采集、语音调制及发射等功能，并实现系统的数字化、模块化与软件化。

关键词：软件无线电;AD9959;FM;STM32;通信;ARM

中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：2095-1302（2019）09-00-02

0 引 言

软件无线电系统基于软件定义无线电通信协议，而非使用硬件连线[1]，打破了设备通信功能的实现仅仅依赖于硬件发展的格局[2]。近些年，软件无线电已成为一个重要的研究课题[3]。基于ARM和DDS搭建的软件无线电发射系统能够发挥ARM在嵌入式领域的优势[4]，实现软件无线电通用性、灵活性、便于互联和升级的优势[5]。

1 系统整体设计

本系统采用图1所示的A/D-ARM-DDS硬件架构，模块化设计，通过使用DDS保证输出信号的准确性和稳定性。系统各模块间采用高速通信方式进行数据传输。系统使用DMA读取STM32内置ADC的数据，通过SPI总线将处理后的数据发送至AD9959。模块间的通信在定时器中断中进行。

2 系统模块简介

2.1 信号采集

信号采集部分由STM32内置ADC和外围偏置电路组成，系统对输入的信号进行单声道采样，采样频率为25 kHz，满足调频广播22 kHz的要求[6]。图2所示的偏置电路在信号输出端连接两个等值电阻R1和R2，用于将输入的带有正负电压的音频信号偏置到0～3.3 V。电阻阻值不宜过高，以免影响信号拾取;不宜过低，导致电阻电流过大，影响系统安全。

2.2 信号处理

STM32F103内置12位逐次逼近型模拟数字转换器，采样分辨率为12 bit，采样频率最高可达1 MHz。系统通过STM32内置定时器实现25 kHz的定时采样，即每隔4 μs采样一次，采样数据经DMA传输至STM32内存。AD9959的串行I/O口提供了一个SPI操作模式，端口SCLK的最大速度为200 MHz。本系统中，STM32通过硬件SPI与AD9959通信。配置硬件SPI工作在2分频状态，STM32F103主频为72 MHz，可得SPI时钟频率为36 MHz。每次更新AD9959频率需传输7 B数据，由于，即系统可在4 μs的定时器中断间隙完成数据传输。

2.3 信号发射

3 软件设计

系统上电后开始工作，将输入信号调制到预定参数并发射。系统上电后首先通过公式（2）计算出ADC各量化值对应的调制后频率，并建立对应查询表。在完成初始化后，系统以25 kHz的频率进入定时器中断。在每次中断时STM32通过查表将ADC转化为频率值，并通过SPI总线发送至AD9959频率调谐寄存器，给AD9959对应引脚发送更新数据指令，AD9959随即将发送的正弦波更新为相应频率，系统的载波频率可通过按键更改。系统流程如图4所示。

4 系统测试

系统采用5 V/1 A单电源供电，保证射频信号的功率处于安全范围内。将语音采集、信号处理、信号产生模块进行拼接，设置载波频率为85.4 MHz，频偏为75 kHz。系统工作后即可通过FM收音机在一定距离内收听到发射的音频。

采用TEA5767芯片组成的FM收音机模块进行信号接收和解调，以验证无线电发射系统的性能。在信号输入端输入音频信号，对比原始信号和经FM调制并解调后的信号，可看到音频信号能够被较好地还原，即系统能够实现音频信号的FM调制。调制前和解调后的音頻信号波形如图5所示。

之后，在系统的信号输入端加上不同频率的正弦信号，观察其解调后的波形。测试结果统计见表1所列。

系统的音频采样频率为25 kHz，理论上可达到无线电广播的声音品质。在实际测试中，系统能稳定传输语音信号，对于高于3 kHz的信号误差相对增加，根据奈奎斯特采样定理，本系统可以采集12.5 kHz以下的音频信号。

5 结 语

本文主要介绍了利用STM32+AD9959的FM及其以下波段的简易软件无线电发射系统，经过测试表明本系统可以适用于150 MHz及以下频段的信号调制发射，获得良好的效果。

参 考 文 献

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