一种小型化数字无线电信号监测系统设计.doc

1、一种小型化数字无线电信号监测系统设计摘 要本文提出了一种基于 PC104 的数字无线电信号监测系统的设计方案，并给出了具体实现方法。该系统采用高速 A/D 转换器采集数字无线电信号，利用 FPGA 和 blackfin 处理器对数据进行处理和分发，通过 PC104 总线完成数据的传输，最后通过上位机上的应用程序执行对数字无线电信号的监测。应用结果表明，该系统操作简单，具有较高的实时性和稳定性，具有较好的推广前景和经济效益。 关键词 数字无线电； PC104； FPGA； 监测系统 中图分类号：TN98 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0279-01 1 无线电监测

2、技术 无线电监测指的是无线电监测部门使用先进的技术手段以及设施，测量无线电发射的频率、频率误差、发射带宽以及射频电台等基本参数，监听信号并识别确定发射标识，统计频段利用率以及频道占用度，之后对信号的使用情况展开分析。无线电管理工作是关乎到一个国家的安全稳定、国防建设以及经济发展等关乎国计民生的重大事项，其中无线电监测是其中的重要任务。本文提出了一种基于 PC104 的数字无线电信号监测系统的设计方案。 2 数字无线电信号监测系统的硬件设计 2.1 系统的构成 系统数据信号的传递关系构图如图 1 所示，系统包括上位机监测平台、信号采集和解码模块以及 PC104 总线控制模块。该系统采用74LVH

3、162245 进行相应的电平转换，通过 PC104 总线完成监测数据的交互工作。 2.2 信号采集和解码模块 如图 2 所示，数字无线电信号监测系统的信号采集和编码部分主要由 Blackfin 处理器、编解码器和高速 A/D 3 三部分组成。ADSP-BF606 处理器属于 ADI 公司的 Blackfin 系列产品，采用 ADI 公司/Intel 微信号架构。BF606 处理器的 3 个同步串行端口（ SPORT） 可以方便地连接到音频编码器、ADC 和 DAC。这些串行端口由 2 条数据线、1 条时钟线和 1 条帧同步线组成。数据线可以编程为发送或接收数据，各数据线有一个专用 DMA 通道

4、。串行端口数据可以通过专用 DMA 通道自动写入和读取片内存储器/外部存储器。每个串行端口都可以与另一个串行端口合作以提供时分复用（ TDM） 支持。一个 SPORT 提供两个发送信号，另一个SPORT 提供两个接收信号。ADC 控制模块（ ACM） 用于同步处理器与模数转换器（ ADC） 之间的控制。ACM 可以灵活安排采样时刻，向 ADC 提供精密采样信号。首先数字无线电信号经过下变频至中频后，通过AD9243 对模数进行变换。BF606 处理器对数字信号进行数字下变频后进行相应的解调，并通过 HE-AAC 解码器进行解码，完成数字无线电信号的采集和解码处理任务。 2.3 PC104 总线

5、控制模块 本文 Altera 公司的 cycloneIII 系列 FPGA 芯片 EP3C25F256C7N，通过控制逻辑来按照 PC104 总线的时序进行数据传输。该芯片具有 200 Kbits 逻辑单元、8 Mbits 嵌入式存储器以及 396 个嵌入式乘法器，能够在控制其他芯片工作的同时，将采集的信号数据传输给上位机。FPGA 在一个总线操作周期内的工作流程按如下顺序进行。 （1） FPGA 上电后，首先进行全局复位，数据总线设置为三态，地址锁存清零；（2） 等待 BALE 信号进入下降沿的有效状态，对 PC104 的地址总线进行锁存； （3） 等待 IOR/IOW 信号有效，对地址进行

6、解码，将锁存的地址信息译码；（4） 对地址进行比对，若比对正确则准备就绪，若比对不正确则将地址锁存器清零，数据总线设置为三态；（5） 等待 PC104 数据周期有效时，接收上位机控制板传输过来的动作命令数据；（6） 以输入输出端口的 OE 信号为触发脉冲，对所采集解码的信号数据进行锁存控制；（7） 等待 OE 信号拉低，数据锁存结束，将数据通过总线传输给上位机控制板；（8） 等待数据传输周期结束，将地址锁存清零，数据总线设置为三态；（9） 等待下一个时钟周期到来，再次重复进行读写操作。 2.4 上位机监测模块 本系统采用深圳盛博公司的 PC104 模块 SCM9022 作为上位机监测模块硬件平

7、台，其处理器为英特尔凌动 N455 处理器，使用了 1 GB 的 DDR3 内存，具有 8 路 GPIO 接口和 6 个串口，支持 18 bit 的 LVDS 和 VGA 显示。SCM9022 的硬件资源可以满足对所需要监测信号的处理，用户可以方便地使用其通用的外设接口完成必要的人机交互。 3 监测系统软件设计 软件的程序实施离不开硬件的支持，数字无线电监测系统的软件部分主要运行在上位机硬件平台上。应用程序能够对数字无线电信号进行实时监测并把采集到的数字无线电信号在显示器上实时更新。为了避免因意外断电引起操作系统的崩溃，此方案选择在上位机硬件平台运行Windows XP Embedded 操作

8、系统。我们采用 VC+对应用程序进行源代码的编写和调试，应用程序调试编译成功后，生成.exe 可执行程序，在操作系统上电后自动按照默认配置开始运行。 应用程序启动后，首先通过 PC104 总线将用户对信号采集和解码模块的配置命令发给 PC104 总线控制模块，该模块完成对总线的驱动并与嵌入式处理器进行数据交换，使得信号采集和解码模块开始正常工作。上位机在接收到中断信号后对缓存中的信号数据进行读取和处理，进而在应用程序中对信号数据进行显示，同时将数据实时进行存储，供事后做进一步的分析和处理。 4 结束语 本文采用上位机监测平台、PC104 总线控制模块以及信号采集和解码模块相互协作的方式设计了一种小型化的数字无线电信号监测系统，该系统具有低功耗、性能稳定、体积精简、抗震性强的性能，运行可靠稳定，可以给予大力推广。 参考文献 1 陈峰.浅谈数字广播技术的特点及其应用J.电声技术， 2008， 32（ 7）：84-88. 2 张光华，门爱东.关于中国数字声音广播的讨论J.电声技术， 2011， 35（8）：69-74. 3 赵金丽，施继，余江，程骋.基于空中载体的无线电监测探索与实践J.中国无线电，2012，3（5）：52-53.