摘要：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(yīng)用方法，同時給出了基于GC4016的數(shù)據(jù)采集卡和微機構(gòu)成的雙通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計方案和測試結(jié)果。

     關(guān)鍵詞：軟件無線電；高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；數(shù)字下變頻（DDC）；GC4016

１　引言

軟件無線電是近年來隨著計算機及微電子技術(shù)的高速發(fā)展而產(chǎn)生的一種全新的無線電技術(shù)。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。其基本思想是：將模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件單元以總線的方式連接起來構(gòu)成基本平臺，然后通過軟件加載來實現(xiàn)各種無線通信功能（包括不同頻段、不同制式）；由于受微機運算速度的影響，若在信號接收端將Ａ／Ｄ采樣后的數(shù)據(jù)直接送計算機進行處理，則實時性難以保證，因此利用數(shù)字下變頻器（ＤＤＣ）對采樣數(shù)據(jù)做一定的預(yù)處理后再通過總線送至微機是很有必要的。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，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(shè)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(yīng)每個單通道；１６～３２對應(yīng)兩通道聯(lián)合；８～１６對應(yīng)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(shè)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(shè)計帶來了或多或少的麻煩。盡管ＧＣ４０１６在設(shè)置上比較復(fù)雜，但其功能非常強大，使用相當(dāng)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(dāng)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(dān)。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。

圖2

    （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(biāo)變換與鑒頻器等模塊，