gsm信道器实现 -凯发官方首页

       对于信号情报（sigint）和rf感知应用而言，首先要侦听和分析驻留在隔离独立信道上的无线电通信。为此，下列技术之一是软件无线电系统经常采用的：
•   数字下变频(ddc)
•   频域滤波
•   多相快速傅里叶变换(fft)
       其中，第三种技术——多相fft，是非常有效的信号处理方法，也是宽带射频信号检测和信号情报应用中常用的技术之一，因为大部分商用通信标准都有由等间隔信道组成的频谱结构。该方法可以使用单个fir结构和fft应用简单实现，将彻底地减少每个通道的信号处理量。对于需要实时检测多个同步信道的应用来说，多相fft技术可以很容易在并行fpga结构上实现。当映射到例如fpga的交换架构上时，一个提供大量分析信道的高效信道器就易于实现。
       我们将多相fft技术应用在nutaq基于fpga的rf宽带数字接收机wd20g上。该系统包含宽带射频接收单元（从100khz到20ghz可调，wr20g），数字部分能达到100mhz基带带宽，使用了高速ad转换器结合pc-fpga混合架构（picodigitizer 250系列）。

 

       该项目中，我们决定实现4波段的gsm信道器，尽管其他一些标准已经实现了。拥有如此宽的调谐范围和可用瞬时带宽，信道器支持实时监测下列波段：• gsm 850: 同时检测上下行链路
•   gsm 900: 同时检测上下行链路
•   gsm 1800: 检测上行或下行 (上行 + 下行 > 100mhz)
•   gsm 1900: 检测上行或下行 (上行 + 下行 > 100mhz)
       下面的图片显示demo的开放式框架设置

 

       此外，模型化设计方法被用于加速开发流程，能花少于两周时间在实时硬件上运行设计成果。

 

       该项目使用nutaq模型化设计开发包（mbdk）设计，这使得我们在开发整个应用的使用不需要写哪怕一行vhdl或者c代码。
       fpga部分，我们使用xilinx system generator ip模块来设计多相fir/fft算法，然后结合nutaq通信模块来获取来自高速ad转换器的数据。我们传输结果数据给嵌入式pc，最终分享嵌入式寄存器用于行为控制。

 

       在多相fft实现，使用512点的fft，每个bin都对应一个200khz的gsm信道。a/d和fpga逻辑需要102.4mhz的采样频率（512*200khz）。嵌入式处理器为了按照期望刷新率显示waterfall图需要求平均。为了显示选择通道的时域波形采样，需要对独立信道进行直接iq采样（参见上图底部的rtdex通道）
       i7嵌入式处理器部分，我们使用gnu radio环境来加速可视化和控制fpga ip行为。nutaq rtdex源模块被用来结合多相应用的输出平均和gsm对应通道的索引号（对应就是out1和out2）。此外，模块允许从两个gsm信道（out3和out4）接收时域信号（i/q）。

 

       下面的截屏的左侧显示了waterfall图（rtdex输出1和2），对应右上方控制寄存器选择的gsm通道（通道号1/2），右侧显示了时域iq波形（rtdex输出3和4）
      

 

       上图右上角，我们可以清楚地确定gsm信道90上蜂窝电话对应的时隙和突发数据：
——wr20g rf接收机调谐在859.2mhz
——gsm信道90对应859.2mhz+(90-256)*200khz=826mhz
       另外，nutaq gsm小型蜂窝（superfemto）能通过上图右下部分确定，在gsm信道315上：
——gsm信道315对应859.2mhz+(315-256)*200khz=871mhz
       总而言之，一个多通道实时信道器是通过fpga并行计算能力、nutaq基于fpga的rf宽带数字接收机wd20g和nutaq模型化设计工具（mbdk）快速实现的。