多通道頻率檢測技術(shù)的FPGA實現(xiàn)

摘要：多通道頻率檢測是當前數(shù)字接收機的一種常用的頻率測量方案，該方法可以較好地解決頻率截獲概率與頻率分辨力的矛盾，并在復雜的電磁環(huán)境中具有處理多個同時到達信號的能力。文中給出了基于FPGA來實現(xiàn)多信道頻率測量的具體方案。該方案能夠充分發(fā)揮FPGA硬件資源豐富的特點，并且易于實現(xiàn)并行處理，可大幅度提高系統(tǒng)的處理速度。
關(guān)鍵詞：多通道；頻率檢測；信道化；FPGA

0 引言
在數(shù)字接收機的各種參數(shù)中，頻率是最重要的參數(shù)之一，它能反映接收機的功能和用途、以及頻譜寬度等重要指標。傳統(tǒng)的順序測頻技術(shù)一般通過對接收機頻帶的掃描，對頻域進行連續(xù)取樣。該方法原理簡單，技術(shù)成熟，但是，其頻率截獲概率與分辨力的矛盾難以解決，無法實現(xiàn)全概率信號截獲。而多信道化的頻率檢測技術(shù)屬于瞬時測頻，其架構(gòu)是采用多個頻率窗口(多個信道彼此銜接相鄰)來覆蓋接收機的整個頻段，這樣，當信號進入任一個窗口時，該窗口的頻率值即可被檢測出。因此，該方法可解決頻率截獲概率與頻率分辨力的矛盾，同時也為實現(xiàn)全概率頻率捕獲提供了一種參考方案。

1 多信道模型
當一個實信號經(jīng)過A／D采樣之后，再進行正交下變頻處理，即可得到I、Q兩路相位正交信號，它們所構(gòu)成的是一個復信號。該復信號的信道化示意圖如圖1所示。

圖1所示的信道是一種相互交疊的信道，它們涵蓋了整個零中頻信號的頻率范圍。一般情況下，多信道往往采用數(shù)字濾波器組來實現(xiàn)，但該方法需要設(shè)計M(M為信道數(shù))個中心頻率不同，而其它性質(zhì)完全相同的帶通濾波器。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計過于復雜，同時還加大了后續(xù)信號處理的運算速度，對實時處理極為不利。而數(shù)字濾波器組的低通型實現(xiàn)方法則是先將每個通道乘以一變換因子，就相當于將實際信號搬移到零中頻，然后再通過LPF得到該頻率信號。該方法可對帶通信號的頻段進行信道化分離，但是帶來的新問題是當LPF用FIR濾波器實現(xiàn)M個濾波運算時，將占用較大的硬件資源，而且系統(tǒng)工作效率較低。目前，該結(jié)構(gòu)已被高效DFT多相濾波器組結(jié)構(gòu)所代替。
圖2所示是一種具有普遍性的基于DFT多相濾波器組的信道化高效結(jié)構(gòu)，從圖2中可以看出，在濾波之前，先對數(shù)據(jù)進行D倍抽取可降低濾波過程的運算量，gn(m)是低通原型濾波器hLP(n)的多相分量，其階數(shù)可減小到原來的1／D，因而DFT可以用FFT實現(xiàn)。事實上，在此結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)的復雜度和數(shù)據(jù)速率大大降低，實時處理能力得到了提高。