軟件無(wú)線電是一種基于寬帶A/D器件,、高速DSP芯片,，以軟件為核心的嶄新的體系結(jié)構(gòu)。其基本思想就是將寬帶A/D盡可能地靠近射頻天線以便將接收到的模擬信號(hào)盡可能早地?cái)?shù)字化,，盡量通過軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)電臺(tái)的各種功能,。主要特點(diǎn)有：靈活性、適應(yīng)性,、開放性,。
　　虛擬無(wú)線電與軟件無(wú)線電的主要區(qū)別就是利用通用微機(jī)代替高速DSP芯片，完成各種功能,，其靈活性、通用性和開放性比軟件無(wú)線電有過之而無(wú)不及,。相信隨著通用微機(jī)運(yùn)算速度的不斷提高,，虛擬無(wú)線電技術(shù)必將得到更加廣泛的應(yīng)用。
1 多媒體收音接口卡設(shè)計(jì)思想
　　我們根據(jù)虛擬無(wú)線電的基本原理設(shè)計(jì)了一個(gè)可接收調(diào)幅,、調(diào)頻信號(hào)的收音接口卡,，利用微機(jī)所帶的音箱或耳機(jī)等設(shè)備可構(gòu)成一個(gè)多媒體收音機(jī)。其組成框圖見圖1,。

1.1 數(shù)據(jù)采集部分
　　數(shù)據(jù)采集部分主要由數(shù)控放大器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD6640構(gòu)成,，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)采集工作。數(shù)控放大器分AM功放通道和FM通道兩路,，由微機(jī)根據(jù)選臺(tái)情況選擇通道,。其可調(diào)增益最大范圍：20～60dB，使信號(hào)穩(wěn)定在大約0.8V(因?yàn)锳D6640輸入峰峰值V＝2V),，以增加采樣后的有效比特?cái)?shù),。根據(jù)微機(jī)所送AGC控制字不同，增益大小可不斷調(diào)節(jié)控制,。AD6640是AD公司生產(chǎn)的新一代模數(shù)轉(zhuǎn)換器件,，分辨率12bit，采樣速率可達(dá)65MSPS,，在5V供電時(shí)功耗僅為710mW,。
1.2 數(shù)字下變頻器
　　由于受微機(jī)運(yùn)算速度的影響，若將采樣的數(shù)據(jù)直接送計(jì)算機(jī)處理,，實(shí)時(shí)性難以保證,。為此我們采用美國(guó)Harris公司生產(chǎn)的專用可編程下變頻器HSP50214B對(duì)采樣數(shù)據(jù)做必要的預(yù)處理后再通過PCI總線送微機(jī),，其主要完成功能是將IF數(shù)據(jù)下變頻成基帶數(shù)據(jù)。HSP50214B包括以下功能模塊：輸入單元,、電平檢測(cè),、載波數(shù)字壓控振蕩器(NCO)、級(jí)聯(lián)積分/梳狀濾波器(CIC),、5個(gè)可選半帶濾波器(HB),、255階可編程FIR濾波器、自動(dòng)增益控制(AGC),、重采樣濾波器/插值半帶濾波器,、重采樣NCO、坐標(biāo)變換以及輸出單元,。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,。

　　該芯片前端處理速度高達(dá)65MSPS，后端處理速度最高達(dá)55MSPS,，總的抽取因子范圍：4～16384,，輸出采樣速度可達(dá)12.94MSPS，輸出低通帶寬最寬為982kHz(IF帶寬1.96MHz),。最高支持14bits的字長(zhǎng)的數(shù)據(jù)并行輸入,，輸出形式靈活多樣。即可并行輸出又可串行輸出,，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,。另外，HSP50214B還內(nèi)帶電平檢測(cè)器,，可為I.F.自動(dòng)增益控制提供支持,。總之,，HSP50214B功能非常強(qiáng)大,，使用相當(dāng)靈活，可用于解調(diào)AM,、FM,、FSK和DPSK等多種信號(hào)。
1.3 S5933與PCI總線簡(jiǎn)介
　　PCI總線獨(dú)立于處理器,，具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率,；采用高度綜合優(yōu)化的總線結(jié)構(gòu)，保證系統(tǒng)各部件之間的運(yùn)作可靠，并與現(xiàn)有總線完全兼容,。
　　AMCC公司生產(chǎn)的S5933是一種功能強(qiáng),、使用靈活的PCI總線控制器專用芯片。該芯片符合PCI局部總線規(guī)范2.1版,，可作為PCI總線目標(biāo)設(shè)備(Slave),，實(shí)現(xiàn)基本的傳送要求。也可作為PCI總線主控設(shè)備(Master),，訪問其他PCI總線設(shè)備,。S5933的峰值傳送速率為132MB/s(32位PCI數(shù)據(jù)線)，完全滿足HSP50214B與微機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送要求,。
1.4 微機(jī)和譯碼控制電路
　　微機(jī)除要完成對(duì)HSP50214B的初始化,、寬帶功放控制任務(wù)外，還要完成選臺(tái)控制,、語(yǔ)音輸出等功能,。為此，需要編制配備必要的設(shè)備專用驅(qū)動(dòng)程序,，以便完成后臺(tái)操作,，而不影響其它工作。譯碼控制電路選用美國(guó)ALTERA公司的EPM7128SQC－10,，完成地址譯碼和其它控制任務(wù),。
2 AM信號(hào)解調(diào)流程
　　標(biāo)準(zhǔn)幅度調(diào)制是最基本的調(diào)制方式之一，多用于無(wú)線電廣播系統(tǒng),。已調(diào)制信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：S_AM(t)＝A[1+K_AMf(t)]cos(w₀t+θ₀)，其w₀為載波頻率,；θ₀為載波起始相位,；K_AM為調(diào)制系數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)滿意的調(diào)制和解調(diào),，要求基帶信號(hào)的幅度最大值滿足如下條件：│K_AMf(t)│_max＜1,，否則，將會(huì)出現(xiàn)過調(diào)制,，從而出現(xiàn)過調(diào)幅失真,。AM信號(hào)可直接采樣，其解調(diào)流程詳見圖3,。

3 FM信號(hào)的解調(diào)流程
　　調(diào)頻波的解調(diào)也叫鑒頻,，其目的是從調(diào)頻波中不失真地恢復(fù)調(diào)制信號(hào)。我們采用的FM解調(diào)流程如圖4所示,。

　　由于調(diào)頻廣播載波頻率太高,，必須采用欠采樣技術(shù)才能滿足HSP50214B實(shí)時(shí)處理要求。所謂欠采樣技術(shù)就是對(duì)于帶通信號(hào)(頻率范圍：f_L＜f＜f_H)而言，抽樣頻率只要滿足(K為整數(shù)且2≤K≤, f_H－f_L≤f_L)就可保證采樣后的頻譜不產(chǎn)生折疊,，從而無(wú)失真地恢復(fù)出調(diào)制信號(hào),。這對(duì)于減小運(yùn)算量是很有好處的，但對(duì)接收機(jī)抗混疊濾波器要求較高,。我們?cè)O(shè)輸入離散數(shù)字信號(hào)為：
　　
　　其中,，Δω表示實(shí)際中心頻率偏離理想情況的漂移量大小。
　　經(jīng)坐標(biāo)變換,，取相位量：
　　
　　圖4中數(shù)字鑒頻器的數(shù)學(xué)模型為：H(z)＝1－Z^－D,，其中D為可編程設(shè)定的延遲因子，取值范圍1～8,。該鑒頻器的頻率響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍是：RANGE_鑒頻器＝CW±F_sampout/(D+1),，其中CW是選取的中心頻率，F(xiàn)_sampout是鑒頻器FIR濾波器的輸出采樣速率,。瞬時(shí)相位輸入數(shù)字鑒頻器后的輸出為：
　　
　　如果合理選擇采樣速率和D取值,，使在n－D+1～n范圍內(nèi)f(i)值相等或變化很小，則上式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：F(n)＝ΔωD+DK_FMf(n)
　　從上式可知：若Δω不為零,，必然會(huì)引進(jìn)干擾,。一般頻率漂移是一個(gè)慢變化的過程，則Δω是一緩慢變化的低頻信號(hào),。只要頻率穩(wěn)定度滿足一定要求(慢變),，就可保證Δω落在有用信號(hào)頻帶之外，從而可以利用高通濾波去掉該干擾,，這樣就解調(diào)出了FM信號(hào),。
　　總之，通過試驗(yàn)樣板調(diào)試表明,，該虛擬無(wú)線電收音接口卡解調(diào)AM,、FM信號(hào)效果良好，外部配備上天線就可以為計(jì)算機(jī)增加虛擬收音機(jī)功能,，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了微機(jī)的多媒體效果,。
參考文獻(xiàn)
1 HSP50214B數(shù)據(jù)手冊(cè)
2 AD6640芯片資料
3 S5933數(shù)據(jù)手冊(cè)
4 李貴山，戚德虎.PCI局部總線開發(fā)者指南.西安：西安電子科技大學(xué)出版社,，1997
5 曹志剛,，錢亞生.現(xiàn)代通信原理.北京：清華大學(xué)出版社，1998