混频后的信号进行抽取滤波 - 基于GNU Radio 的多速率、多种调制方式、多信道的软件无线电主站电台设计

数字下变频的第二个环节是对混频后的信号进行抽取滤波，以便降低软件解调的计算复杂度。USRP使用了由一个4级CIC抽取滤波器和一个31阶半带滤波器组成的混合滤波器结构。CIC滤波器为整系数滤波器，滤波时无需乘法运算，而半带滤波器有一半系数为零，这样在滤波时大大减少了计算量[7]。滤波的同时，在CIC滤波器实现了4倍的数据抽取，在半带滤波器实现了2倍的数据抽取，这样就得到了带宽为2MHz的两路8 bits，8MSample/s的正交基带信号。

对于发送信号，FPGA将USB传输的低速率基带信号进行插值并滤波，变换为32 MSample/s的采样信号并输出到DAC单元的数字上变频模块中，最终以两路14 bits，128 MSample/s的速度转换为模拟信号。

5、230 MHz 射频子板的实现

USRP的子板有很多种规格，分别针对了基带信号处理、广播电视接收、移动通信信号处理等领域。但由于在230 MHz 频段没有可用的全双工子卡，本文根据USRP 与子卡的接口说明，设计了针对230MHz 频段应用的全双工子卡，实现信号收发。其硬件实现结构如图6 所示。

230MHz 子板采用AD8345 和AD8348 分别作为调制器和解调器。AD8345 是ANALOG DEVICES公司推出的正交调制器，其工作频率为140～1000MHz，在数字通信系统中可用作中频调制器或直接上变频器。AD8348 是ANALOG DEVICES 公司推出的正交解调器，其工作频率为50～1000 MHz，解调带宽75 MHz，内部集成中频可变增益放大器。

AD8345和AD8348 输入的本振频率是两块ADF4360-7 锁相环输出的，本振频率分别为460 MHz和446 MHz。460 MHz 的信号在ADF4360-7 内部二分频输出至AD8345，446 MHz 信号在AD8348 内部进行二分频。芯片内部VCO 的中心频率设为460 MHz，这个中心振荡频率值是由外部电感设置的，它们之间的对应关系为：

通过计算可得，外部电感的值为3.84 nH。子板系统中晶振输出的参考频率为10 MHz，通过SPI总线控制配置ADF4360中的14 位R 计数器值为200，再配置N 计数器数值，就可以以50 kHz 的步长，覆盖420~500 MHz 的频率范围。

此外，由于USRP 的板载电源功率过小，子板的天线接口只能提供了100MW 的功率输出，而一般的230MHz 主站电台的功率为15 W 左右，因此，还需要在另外加装高增益的外接天线。

6 结束语

本文提出了一种基于GNU Radio 的多速率、多种调制方式、多信道的软件无线电主站电台的系统结构。该系统基于通用硬件平台，成本较低，既充分的利用了现有的无线电台资源，实现多种电台的全面兼容，又为将来的业务拓展和设备升级提供了保证。该系统使用纯软件的信号处理具有很大的灵活性，采用高级语言（C/C++、Python）进行系统开发，扩展性和可移植性强，开发周期短，并且随着CPU 处理能力的不断提高以及软件技术的进步，系统性能还有进一步提升的空间。

参考文献

[1]周立岩，孙毅，冯小安. 提高电力负荷管理系统通信效率的新方法[J]. 电力系统通信，2008，28（128）：46-49.ZHOU Li-yan，SUN Yi，FENG Xiao-an. New MethodofImproving Communication Efficiency in Power LoadManagement System[J].Telecommunications for ElectricPower System，2008，28（128）：46-49.
[2]无管字5 号，民用超短波遥测遥控数据传输业务频率划分[S].Radio AdministrativeBureau No.5 ， Frequency Allocations ofCivil Ultrashort Wave Telemetering and Telecontrol Data Trasmit Servies[S].
[3]曹瀚文，王文博. GNU Radio：开放的软件无线电平台[J]. 电信快报，2007(4)：31-34.CAO Han-wen，WANG Wen-bo. GNU Radio：OpenSource SDRPlatform[J]. Telecommunication Information，2007(4)：31-34.
[4]Blossom E. How to Write a Signal Processing Block[EB/OL]. 2006.
[5]杨小牛，楼才义，徐建良. 软件无线电原理与应用[M].北京：电子工业出版社,2001.68-85.YANG Xiao-niu，LOU Cai-yi，XU Jian-liang. Principles andApplications of Software Defined Radio[M].Beijing：Publishing House of ElectronicsIndustry，2001.68-85.
[6]Ray Andraka. A Survey of CORDIC Algorithms for FPGA Based Computers[A]. in: Proceedingsof the 1998 ACM/SIGDA Sixth International Symposium on Field Programmable GateArrays[C]. 1998. 191-200.
[7]徐以涛，沈良，王金龙. FPGA 技术在软件无线电中的应用[J]. 电信科学，2001，11：36-39. XU Yi-tao，SHEN Liang，WANG Jin-long. Applicationof FPGA Technology in Software Radio [J]. Telecommunications Science，2001，11：36-39.