【正文】 nce changes, thus changing the oscillation frequency of the VCO to achieve FM 。 analog modulation code rate, modulation deviation varactor characteristics are subject to the restrictions, a single analog modulation capabilities, not remodulation, frequency modulation of a single system can not be changed, unable to meet the needs of changing frequency. With highspeed devices and software radio technology, digital modulation transmitter with adjustable center frequency, modulation, offset programmable, reconfigurable modulation, the modulation code rate high, can achieve high frequency response, bined with the encoder great extension, etc., bee the future mainstream of the transmitter. This paper discusses how the bined use of field programmable devices FGPA Mxa + pluSll and VDL language and implemented in Telemetry System DDS + PLL + SSB mode digital modulation transmitter. Digital transmitter design includes program selection, system design, hardware implementation and VHDL design four parts. First, the paper analyzes the current system, the analog telemetry transmitters and transmitter modulation advantages. The second chapter describes the transmitter design。 The third chapter discusses the position of the transmitter of the various parts of the design principles. Chapter IV focuses on the various parts of the hardware circuit, VHDL implementation section and the design of the test results. Chapter V is the article summary. Key words: telemetry transmitters, digital modulation, software radio, FPGA, DDS第一章 緒論 引言隨著通信事業(yè)的不斷發(fā)展，軟件無(wú)線電技術(shù)和數(shù)字技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，在軍事通信和民用通信中都具有很重要的意義。軟件無(wú)線電技術(shù)自從 1992 年提出以來(lái)，在最近幾年取得了引人注目的發(fā)展，它突破了傳統(tǒng)的無(wú)線電臺(tái)功能單一，可擴(kuò)展性差的局限性，強(qiáng)調(diào)以開(kāi)放性的最簡(jiǎn)單的通用平臺(tái)，盡可能的使用可升級(jí)、可重配置的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)各種無(wú)線電的設(shè)計(jì)新思路。無(wú)線通信領(lǐng)域中，模擬調(diào)制的技術(shù)己經(jīng)很成熟，但是調(diào)制碼速率、頻帶利用率不高、調(diào)制頻偏受變?nèi)荻O管特性的限制，同時(shí)模擬調(diào)制發(fā)射機(jī)的功能單一、調(diào)制不可重組、單個(gè)系統(tǒng)調(diào)制頻率不可改變，無(wú)法滿足頻率多變的需求。基于軟件無(wú)線電的數(shù)字調(diào)制式發(fā)射機(jī)具有模擬調(diào)制無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，采用可編程器件可以實(shí)現(xiàn)重組調(diào)制、兼容各種調(diào)制方式、調(diào)制頻率可變、頻偏可調(diào)，合理充分地利用了珍貴的頻率資源，同時(shí)在實(shí)際地應(yīng)用中還可以與采編器合并，可擴(kuò)展性很強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。電路數(shù)字化是信息領(lǐng)域，特別是通信技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。數(shù)字通信具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸可靠性高、便于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的存儲(chǔ)和處理、易于集成化和微型化等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字化發(fā)射機(jī)具有工作穩(wěn)定可靠，功能齊全、參數(shù)可編程，體積小的特點(diǎn)；隨著微波集成電路和超大規(guī)模數(shù)字門陣列的發(fā)展，數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)比先前的產(chǎn)品的性能又可以得到大幅度提高而且體積更小、成本更低，具有較廣闊的應(yīng)用前景。本文數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)原理進(jìn)行了研究，尤其對(duì)系統(tǒng)的工作過(guò)程進(jìn)行了細(xì)致的分析，試圖將數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)所實(shí)現(xiàn)的功能設(shè)計(jì)到一塊大容量的 FPGA 芯片上，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)硬件和軟件設(shè)計(jì)。 FPGA 簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)是基于通過(guò)可編程互聯(lián)連接的可配置邏輯塊(CLB)矩陣的可編程半導(dǎo)體器件。與為特殊設(shè)計(jì)而定制的專用集成電路(ASIC)相比，F(xiàn)PGA 可以針對(duì)所需的應(yīng)用或功能要求進(jìn)行編程。雖然具有一次性可編程(OTP)FPGA，但是主要是基SRAM 的，其可隨著設(shè)計(jì)演化進(jìn)行重編程,FPGA 是一種可由用戶自行定義和配置的高容量的專用集成電路，由許多較小的邏輯單元組成內(nèi)部陣列。單元問(wèn)的信號(hào)通過(guò)其周圍的布線通道實(shí)現(xiàn)互連，邏輯單元和布線通道可由用戶配置，配置設(shè)計(jì)不同，集成塊實(shí)現(xiàn)的功能不同。隨著集成技術(shù)的飛速發(fā)展，F(xiàn)PGA 的規(guī)模越來(lái)越大，功能越來(lái)越好，已用來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)由許多中小規(guī)模邏輯器件組成的系統(tǒng)，并有較好的軟件平臺(tái)支持。FPGA一般可由三種可編程電路和一個(gè)用于存放編程數(shù)據(jù)的 SRAM 組成，這三種可編程電路是：可編程邏輯塊(CLB)、輸入／輸出模塊(1OB)和互聯(lián)資源(IR)。CLB 是 FPGA 的主要組成部分是實(shí)現(xiàn)邏輯功能的基本單元。它主要是由邏輯函數(shù)發(fā)生器、觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器等電路組成。IO 提供了器件引腳和內(nèi)部邏輯陣列之間的連接，通常排列在芯片的四周。其主要是由輸入觸發(fā)器、輸入緩沖器、輸出觸發(fā)／鎖存器和輸出緩沖器組成。每一個(gè)IOB 控制一個(gè)引腳，可被配置為輸入、輸出活雙向 UO 功能。可編程互聯(lián)資源包括各種長(zhǎng)度的金屬連線和一些可編程連接開(kāi)關(guān)，它們將各個(gè) CLB 之間和 lOB 之間互相連接起來(lái)，構(gòu)成各種復(fù)雜功能的系統(tǒng)。由于 FPGA 有集成度高、編程仿真方便、速度快等優(yōu)點(diǎn)，使得 FPGA 在信號(hào)處理、通信以及電力系統(tǒng)中得到了廣泛地應(yīng)用。 發(fā)射機(jī)簡(jiǎn)介發(fā)射機(jī)是遙測(cè)系統(tǒng)中重要設(shè)備之一，有模擬調(diào)制式和數(shù)字調(diào)制式兩種。 模擬調(diào)制發(fā)射機(jī)模擬調(diào)制式的工作原理是利用調(diào)制信號(hào)的變化來(lái)控制變?nèi)荻O管的結(jié)電容容值的變化，從而改變壓控振蕩器的震蕩頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。模擬調(diào)制發(fā)射機(jī)有移頻式調(diào)頻發(fā)射機(jī)、鎖相式調(diào)頻發(fā)射機(jī)、晶體振蕩調(diào)頻發(fā)射機(jī)。模擬調(diào)制的技術(shù)己經(jīng)很成熟，但是調(diào)制碼速率、調(diào)制頻偏受變?nèi)荻O管特性的限制，同時(shí)模擬調(diào)制發(fā)射機(jī)的功能單一、調(diào)制不可重組、單個(gè)系統(tǒng)調(diào)制頻率不可改變，無(wú)法滿足頻率多變的需求。 數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)隨著高速器件和軟件無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)逐漸突破了模擬調(diào)制發(fā)射的不足，具有調(diào)制中心頻率可調(diào)、頻偏可編程、調(diào)制方式可重組、調(diào)制碼速率高、可實(shí)現(xiàn)較高的頻響、可以與編碼器合并擴(kuò)展功能很強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為今后發(fā)射機(jī)的發(fā)展主流。鑒于以上的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合遙測(cè)系統(tǒng)的需要，本論文討論了基于 FPGA 技術(shù)的數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)。 軟件無(wú)線電簡(jiǎn)介軟件無(wú)線電的基本思想是以一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺(tái)為依托，通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺(tái)設(shè)計(jì)方法中解放出來(lái)。功能的軟件化勢(shì)必要求減少功能單一、靈活性差的硬件電路，尤其是減少模擬環(huán)節(jié)，把數(shù)字化處理(A/D 和 D/A 變換)盡量靠近天線。軟件無(wú)線電強(qiáng)調(diào)體系結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性和全面可編程性，通過(guò)軟件的更新改變硬件的配置結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新的功能。軟件無(wú)線電采用標(biāo)準(zhǔn)的、高性能的開(kāi)放式總線結(jié)構(gòu)以利于硬件模塊的不斷升級(jí)擴(kuò)展。理想軟件無(wú)線電的組成結(jié)構(gòu)如圖 所示電話圖像數(shù)據(jù)仿真窄帶A/DD/A DSP寬帶D/AA/D 射頻前端圖 理想軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)示意圖 遙測(cè)發(fā)射機(jī)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)遙測(cè)發(fā)射機(jī)在原理上與一般通信發(fā)射機(jī)沒(méi)有太大區(qū)別，但它具有如下特點(diǎn)：? 高的靈敏度:為發(fā)射微弱信號(hào)，要求發(fā)射機(jī)有足夠小的噪聲，同時(shí)具有一定的選擇性，克服外來(lái)干擾? 頻偏較大并且頻偏可調(diào)? 輸入信號(hào)范圍較大、適應(yīng)多種信息調(diào)制? 載波中心頻率可調(diào)? 調(diào)制方式可重組? 具有微機(jī)接口，適應(yīng)可編程遙測(cè)要求電路數(shù)字化是信息領(lǐng)域，特別是通信技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)，數(shù)字化發(fā)射機(jī)具有工作穩(wěn)定可靠，功能齊全、參數(shù)可編程，體積小的特點(diǎn)，因此開(kāi)展微波數(shù)字遙測(cè)發(fā)射機(jī)技術(shù)研究具有非常重要的意義和應(yīng)用前景。而且隨著微波集成電路和超大規(guī)模數(shù)字門列陣的發(fā)展，數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)比先前的產(chǎn)品性能又可以得到大幅度提高，而且體積更小，成本更低，具有較廣闊的應(yīng)用前景。第二章 發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)方案 模擬調(diào)制發(fā)射機(jī)簡(jiǎn)介發(fā)射機(jī)按調(diào)制源分為模擬調(diào)制式發(fā)射機(jī)和數(shù)字調(diào)制式發(fā)射機(jī)兩種。模擬調(diào)制原理是利用調(diào)制信號(hào)的變化來(lái)控制變?nèi)荻O管的節(jié)電容容值的變化，從而改變壓控振蕩器的震蕩頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。目前常用的模擬發(fā)射機(jī)有移頻式和鎖相式兩種：移頻式發(fā)射機(jī)的原理框圖如圖 ，輸入信息 VCO HPF 信息放大本振圖 移頻式發(fā)射機(jī)組成框圖設(shè)輸入信號(hào)為: ()00()cos()ftAwt???式中： 是輸入信號(hào)的幅值， 是角頻率， 是初相位；0A0w本振信號(hào)為： ()()cos()ccstAwt???式中： 本振信號(hào)的幅值， 是載波的角頻率， 是載波的初相位；cAw輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)壓控振蕩器后，與本振信號(hào)混頻得到: （）000 00()()cos()cos()11cs[][()]22cc cstftttAwt??????????混頻后得到和頻與差頻信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)高通濾波器后，濾除掉上式中第二項(xiàng)低頻分量，高頻率的和頻分量經(jīng)過(guò)功率放大后由天線向空間輻射，接收端接收到該信號(hào)后，經(jīng)解調(diào)器分離出原始信號(hào)。鎖相式發(fā)射機(jī)：根據(jù)調(diào)制信號(hào)對(duì)鎖相環(huán)的調(diào)制方式的不同，鎖相式發(fā)射機(jī)可分為單點(diǎn)調(diào)頻鎖相發(fā)射機(jī)和兩點(diǎn)調(diào)頻鎖相發(fā)射機(jī)。單點(diǎn)調(diào)頻鎖相發(fā)射機(jī)是調(diào)制信號(hào)只對(duì)壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)制:兩點(diǎn)調(diào)頻鎖相發(fā)射機(jī)是調(diào)制信號(hào)同時(shí)對(duì)壓控振蕩器和參考信號(hào)源進(jìn)行調(diào)制。單點(diǎn)調(diào)頻鎖相發(fā)射機(jī)的原理圖如圖 ，調(diào)制信號(hào)首先經(jīng)過(guò)調(diào)制前電路，然后與環(huán)路中的誤差電壓相加，共同控制壓控振蕩器。由于環(huán)路帶寬低于調(diào)制頻譜的下限，因此調(diào)制信號(hào)不參與環(huán)路的反饋，誤差電壓使壓控振蕩器仍鎖定中心頻率上，調(diào)制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定載波上的頻率。單點(diǎn)鎖相發(fā)射機(jī)電路簡(jiǎn)單，具有平坦的寬帶特性，但低端受環(huán)路帶寬的影響。調(diào)制前電路晶體振蕩器監(jiān)相鑒頻器環(huán)路濾波器相加器 壓控振蕩器除 N分頻器調(diào)制輸入 fmft f0圖 單點(diǎn)調(diào)頻鎖相發(fā)射機(jī)的原理圖兩點(diǎn)調(diào)頻鎖相發(fā)射機(jī)原理圖如圖 ，工作原理是講調(diào)制信號(hào)分為兩路，一路是經(jīng)過(guò)高通濾波器加到踏空振蕩器，在環(huán)路帶外對(duì) VCO 進(jìn)行直接調(diào)頻；另一路經(jīng)低通濾波器后對(duì)晶體參考源進(jìn)行調(diào)相，使鎖相環(huán)在環(huán)路帶寬內(nèi)跟蹤者調(diào)相信號(hào)的變化，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)頻。低通 高通晶體振蕩器監(jiān)相監(jiān)頻器環(huán)路濾波器相加器 壓控振蕩器調(diào)制輸入除 N分頻器fo圖 兩點(diǎn)調(diào)頻鎖相發(fā)射機(jī)原理圖兩點(diǎn)鎖相環(huán)路可以實(shí)現(xiàn)從直流開(kāi)始的寬帶調(diào)制，但要保證兩個(gè)調(diào)制器頻率重疊部分的線形度一致是件很煩瑣的工作，另外由于增加了兩個(gè)較低頻率的濾波器，很難滿足體積的要求。鎖相環(huán)調(diào)頻源具有很高的頻率穩(wěn)定度，調(diào)制頻率響應(yīng)高，頻偏大，集成度高，調(diào)試簡(jiǎn)單，但是其弱點(diǎn)是頻率響應(yīng)無(wú)法到直流且存在著一定的失鎖概率。晶體振蕩調(diào)頻源有很高的頻率穩(wěn)定度，但是其高頻電路復(fù)雜，要使用特制的調(diào)頻晶體，而且受晶體調(diào)制特性限制，頻偏和頻響達(dá)不到要求。移頻式調(diào)頻源可以利用 LCVCO 良好的調(diào)制性能和晶體振蕩器很高的頻率穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)兩者的較好結(jié)合，工作穩(wěn)定可靠，但該方案調(diào)試?yán)щy。模擬調(diào)制的技術(shù)已經(jīng)很成熟，但是受變?nèi)荻O管特性的限制，模擬調(diào)制發(fā)射機(jī)的調(diào)制碼速率較低、調(diào)制頻偏較小、發(fā)射機(jī)功能單一、調(diào)制方式不可重組、單個(gè)系統(tǒng)調(diào)制頻率不可改變，無(wú)法滿足頻率多變的需求?；谲浖o(wú)線電的數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)，采用可編程器件可實(shí)現(xiàn)調(diào)制重組、兼容多種調(diào)制方式、調(diào)制頻率可變、頻偏可調(diào)，還可以與采編器合并，擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)制發(fā)射機(jī)原理簡(jiǎn)介調(diào)頻是用已調(diào)信號(hào)的頻率變化承載信息。設(shè)調(diào)制信號(hào)為 f(t)，載波信號(hào)為： （）0()cos()cos()atAwtAt???? 式中： 是載波中心頻率； 是初始相角，設(shè) =0；cw0?0根據(jù)調(diào)頻的定義，調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率 隨輸入信號(hào) 成線性變化，即：()t()ft （）ckwft??式中： 是載波