GC4016是Craychip公司生產(chǎn)的一種高性能、多通道數(shù)字下變頻器。文中介紹了GC4016的主要特點和性能，給出了GC4016在軟件無線電中的應用方法，同時給出了基于GC4016的數(shù)據(jù)采集卡和微機

　　1　引言

　　軟件無線電是近年來隨著計算機及微電子技術的高速發(fā)展而產(chǎn)生的一種全新的無線電技術。它的出現(xiàn)是無線電通信從模擬到數(shù)字、從固定到移動后，由硬件到軟件的第三次變革。Graychip公司生產(chǎn)的多通道數(shù)字下變頻器GC4016的主要功能是將高速的數(shù)據(jù)流下變頻成基帶數(shù)據(jù)，從而在很大程度上緩解了A/D采樣后數(shù)據(jù)處理的困難。

　　2 GC4016的主要特點

　　GC4016的原理框圖和四個數(shù)字下變頻通道中每一個通道的數(shù)字信號處理原理框圖分別如圖1和圖2所示，

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　　該器件的主要特點如下：

　　●輸入信號速率可達100Msps;

　　●具有大于115dB的無寄生動態(tài)范圍;

　　●有四個獨立的可編程下變頻通道，每個通道的最大可用基帶帶寬為2.25MHz，而且每個通道的參數(shù)都可以靈活、獨立地編程和設置;也可合并為兩個通道，每通道的最大可用基帶帶寬為4.5MHz;若將其合并為單一通道，則最大可用基帶帶寬為9MHz;

　　●每個通道均支持一個用戶可編程基帶濾波器和一個可編程重采樣器，從而使器件適合于中頻處理;

　　●總的抽取因子為8～16384，其中32～16384 對應每個單通道;16～32對應兩通道聯(lián)合;8～16對應四通道聯(lián)合;

　　●采樣輸出可為12bit、16bit、20bit或24bit;

　　●輸出形式靈活多樣，即可并行輸出又可串行輸出，同時可選擇輸出幅度、相位、頻率或正交I、Q兩路數(shù)據(jù)等所需信息;

　　●具有獨立的調(diào)制、相位和增益控制功能;

　　●采用32位的數(shù)控本振(NCO)，分辨率為0.02Hz;

　　●各獨立通道的濾波器為五級CIC、可編程21階FIR、可編程63階FIR和重采樣FIR。

　　此外，GC4016還具有靈活的可編程特性，其內(nèi)部共有255個32位控制字寄存器(偏移地址為00h～0FFh)，可用于決定內(nèi)部各功能模塊的參數(shù)設置(如載波中心頻率、FIR濾波器系數(shù)、抽取因子、數(shù)據(jù)輸出的格式與方式等);用戶通過控制接口既可以寫控制字，也可以讀出某些狀態(tài)信息。但在對控制接口進行寫操作時，32位的數(shù)據(jù)與8位地址是分為5個字節(jié)并按一定順序依次寫入的，這給系統(tǒng)設計帶來了或多或少的麻煩。盡管GC4016在設置上比較復雜，但其功能非常強大，使用相當靈活。

　　3 GC4016的主要功能

　　GC4016的主要功能是數(shù)據(jù)抽取和多種調(diào)制信號的解調(diào)。

　　(1)數(shù)據(jù)抽取

　　當信號由中頻搬移至基帶時，采樣頻率將隨之降低以減輕后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸與處理的負擔。由級聯(lián)積分/梳狀濾波器、半波濾波器以及可編程FIR濾波器所組成的低通抽取濾波器的最大抽取因子為214，可以將100Msps的輸入速率降至6k～12.5Msps。

　　(2)多種調(diào)制信號的解調(diào)

　　GC4016內(nèi)部的載波NCO與后續(xù)的濾波器可實現(xiàn)輸入中頻信號的正交解調(diào)，產(chǎn)生I、Q兩路基帶或更低頻率的中頻信號，隨后送入輸出格式選擇單元;該輸出格式選擇單元中包含有坐標變換與鑒頻器等模塊，不僅可以直接輸出I、Q通道數(shù)據(jù)，還可將(I，Q)坐標轉(zhuǎn)換為(幅度，相位)坐標并輸出，同時也可進一步將相位信號輸入鑒頻器以輸出頻率信號。因此，GC4016很容易實現(xiàn)多種幅度調(diào)制與相位調(diào)制信號的解調(diào)。

　　4 GC4016的應用

　　根據(jù)軟件無線電的基本原理，筆者設計了如圖3所示的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

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　　該系統(tǒng)由高速數(shù)據(jù)采集卡(Echotek公司生產(chǎn)，型號為ECDR-GC214 -PCI)和通用計算機構成，該采集卡采用的主要芯片是AD6644、GC4016和PCI9080。這套系統(tǒng)的主要特性如下：

　　●兩個寬帶IF輸入通道，每通道一路A/D，每通道帶128k字節(jié)的FIFO;

　　●IF輸入信號的頻率范圍是60kHz～300MHz;

　　●最大可達70MHz的采樣速率, 具有14Bit A/D分辨率;

　　●既可用外部時鐘，也可選用自帶時鐘;

　　●采用DMA方式和PCI總線進行數(shù)據(jù)傳輸，其32Bit PCI總線符合PCI局部總線規(guī)范2.1版;

　　●輸出的數(shù)據(jù)有三種模式：16bit實數(shù)、16bit復數(shù)和20bit復數(shù);

　　●采樣起始既可由軟件觸發(fā)，也可由外接門信號控制。

　　系統(tǒng)開始工作前，首先必須對其各寄存器進行初始化以確定其工作模式(如采集模式、外接門控信號的設置、輸出數(shù)據(jù)模式、接收機通道的選取、采樣時鐘的范圍等)，而這些寄存器的設置主要與GC4016有關。筆者在使用GC4016的過程中發(fā)現(xiàn)以下兩個量的設定是比較重要的：第一是NCO中調(diào)制頻率的確定;方式為：fREQ=232 f/fCK ，其中f是需要調(diào)制的頻率，fCK是時鐘頻率。第二是帶寬的確定，一般情況下，帶寬是數(shù)據(jù)輸出采樣率與帶寬系數(shù)的乘積，而帶寬系數(shù)則由CFIR和PFIR兩個濾波器的值確定。只有確定好中心頻率和帶寬，才能保證采樣工作的正常進行和所得數(shù)據(jù)的正確。

　　5 結(jié)束語

　　多次實驗證明，這套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠很好地實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的采樣，它可以在采樣速率很高的情況下，通過選取合適的抽樣率來保證采樣數(shù)據(jù)的連續(xù)。