飞速发展的现代通信系统也要求接收机可以处理来自多频段不同调制方式及协议下的信号,因此解决不同系统之间信息传递的互通性、兼容性以及最大限度完成多波段、多模式下的信号接收成为关键[1]。可重构数字接收机能够在原电路基础上通过动态重新配置模块来实现不同频段、带宽信号的接收。这样不仅硬件体积得到很大程度减小,同时还可以对接收的信号进行实时调整,具有很强的灵活性和可扩展性[2]。

1 接收机结构

本系统接收机为IQ解调结构,设计的可重构数字下变频为其中一部分结构。系统的工作频率较高,一般在400 MHz以上,本系统采用922.5 MHz,受目前ADC器件可以处理的最高信号速度限制以及高端ADC器件价格昂贵等因素的影响,采用混频器等将信号下变频到中频再进行采样、数字下变频到低速基带信号[3]。

2.制度建设滞后。为了扩展外部市场，许多企业在指导思想上就本着现干现做的想法，只求大，不求强，只求粗，不求细。一味地追求市场份额，忽视基础管理工作，造成相应的管理制度建设跟不上市场的拓展速度，使社会市场项目管理处于松散状态，影响了整体经济效益的提升。

图1所示为典型的IQ解调接收链路结构框图,回波信号先经过射频低噪声放大器进行放大;通过带通滤波器将干扰信号滤除,巴伦Balun(Unbalance to Balance)将单端不平衡的信号变为差分平衡信号输入IQ解调器;输出的IQ信号经过混频器已经从高频变为中频信号,再通过 ADC采样量化后,数字下变频输出。本文主要讨论的是中频数字化后下变频部分[4]。

深度学习的飞速发展为现代农业的进步带来了新的契机,深度学习技术与农业物联网技术的结合可以为植物提供更加适宜的生长环境。深度学习技术能根据大量的历史信息和实时数据对未来进行合理的推断。物联网技术和深度学习技术相辅相成。物联网技术为深度学习提供持续的数据需求,深度学习技术可以处理和从中学习的数据越多,其预测的准确率也会越高。

图1 接收链路结构

整个系统在Virtex6目标板上实现,图19所示为多通道可重构系统在Virtex6目标板xc6vlx240t芯片上的布局布线图,可以看到将系统的布局布线都约束在芯片X0Y1、X0Y2和X0Y3区域。

图2所示的多通道接收机由多个不同下变频模块并列组成,每个下变频模块覆盖单一频段并完成对这一固定频段的信号接收[6]。虽然可以实现功能但是不可避免会造成体积庞大资源浪费严重且可扩展性差[7]。

图2 多通道数字接收机

为了改善多通道数字接收机的缺点,本文提出了基于FPGA的可重构虚拟多通道数字接收机。整个接收机只有一个通道,通过对通道的重构来实现不同频段不同带宽的接收,实际意义上实现了多通道。

图3 SPOC结构图

2 多通道可重构数字下变频系统结构

本文提出的具有多通道可重构数字下变频系统是在Virtex6 ML605目标板上来实现的,SOPC(可编程片上系统)结构图如图3所示,目标板的控制器是软核MicroBlaze,CF卡中存储着多通道下变频的可重构比特文件,软核控制System ACE控制器读取需要的通道的下变频可重构比特文件传输到总线上,通过HWICAP配置端口将可重构比特文件配置到重构区域中,实现相应的通道下变频[8]。

本文中输入中频信号5 MHz,信号采样率40 MHz,经过抽取滤波等方式得到基带数字信号,频率为3.5 MHz/0.35 MHz。如图4所示,中频信号经过DDS混频之后得到差频信号和和频信号,信号分为两个通道,一路经过50倍CIC抽取降频和半带滤波器得到较低频率0.025 MHz,另一路经过5倍降频和半带滤波得到0.25 MHz的低频信号。

图4 中频数字化原理图

设计0.025 MHz抽取方案时,考虑到积分梳状滤波器CIC本身包含有乘法器,适合高数据率的处理,完成较大倍数的抽取。但单个CIC最大旁瓣衰减为-13.46 dB,达不到实际使用要求,级联过多会引起阻带衰减增加,因而本系统中采用4级级联,50倍抽取的CIC滤波器,接着通过两个半带滤波器输出。

整个系统实际只有一个通道,但通过重构技术实现多通道,如图5所示,将各个通道所需要的降频、滤波等模块做成不同配置文件,通过将不同的配置文件配置到重构区域实现不同的通道功能,从而实现多通道的目标。为满足不同模块的需求,划分动态区域时要包含所有要配置文件的硬件资源,所以资源会较单个通道时多,但比多个通道的资源累加少很多,从而节省了硬件资源。

图5 可重构多通道系统

3 多通道可重构数字下变频系统实现

表3列出了多通道可重构下变频系统所需的资源情况,与通道一和通道二分别比较,相差资源不是很大。但是如果不采用可重构模式,需要实现这两个通道,所耗资源至少是两通道资源之和,这将大大增加资源消耗,对于多通道多变化的情况明显是不适用的。可重构模式能根据需要增加需要的不同频率的通道,但不增加资源消耗,具有研究意义。

降香黄檀的人工培育措施主要包括水分调整、密度控制、施用生长调节剂及养分管理等[3-6]。光合作用是绿色植物基本的生理活动，受到植物自身品种特性、叶绿素含量、叶龄等因素以及温度、光强、CO2浓度等外界因素的影响[7]。

为了验证系统的可行性,在System Generator和Modelsim中验证。图6所示DDS模块产生4.95 MHz的正弦和余弦信号,分别与输入的中频I/Q信号相乘,得到和频信号9.95 MHz和差频信号0.05 MHz,图7和图8分别为DDS输出频谱图和混频输出频谱图。

2)市外电源方面，形成了2+X格局：(1)华东电网内的安徽煤电基地，(2)华东电网外的三峡和金沙江等西南水电，并在华东电网内参与建设核电、抽水蓄能等项目。

图6 DDS混频原理

图9 通道一的抽取变换结构图

图7 DDS输出频谱

图8 混频输出频谱

3.1 通道一(0.025 MHz)的抽取变换方案

FPGA具有可重构的特性,根据重构面积的不同,可分为全部重构和部分重构,本文中为减少硬件消耗,选用部分重构的方式。其中DDS模块和乘法器作为静态模块,通道中的模块抽取模块和半带滤波模块作为动态可重构模块来实现虚拟可重构多通道系统。

付新利[1] 根据硬皮病患者中最早期的表现往往是雷诺现象，认为皮痹病属气血、脾肾，若内外因致使脏腑功能虚衰，气血生化无源，气虚则血运不畅，血滞则脉络瘀阻，四肢指（趾）端失于气血温煦、濡养而肌肤麻木，皮色苍白，指（趾）端发凉，加之风寒湿等外邪侵袭，邪气壅遏气机，气滞津凝血停为痰瘀，气虚无力也致痰瘀凝滞。

参考文献:

System Generator整体仿真结束后,生成硬件协同仿真模块,硬件采用Virtex6 ML605目标板,内嵌768个DSP48E1模块,图13是在modelsim软件中仿真的波形,和System Generator产生的波形图12一致。

整个通道一所需的资源如表1所示,对DSP需求较大,Virtex6目标板满足需求。

表1 通道一所需资源

资源名称SliceLUTRAMDSP48E1已用资源7092011248

图10 CIC输出频谱

图11 通道一输出频谱

图12 通道一System Generator波形图

图13 通道一modelsim波形图

3.2 通道二(0.25MHz)的抽取变换方案

设计0.25 MHz抽取方案时,CIC方式存在很大的通带衰减,并且0.25 MHz信号的抽取倍数也较小,因此采用多项抽取滤波器结构。先进行5倍的抽取,之后经过两个半带滤波输出0.25 MHz信号。图15和图16分别是5倍抽取完和半带滤波结束后的频谱图,图17显示的是输入IQ信号以及抽取滤波后输出的IQ信号的波形图。

图14 通道二的抽取变换结构图

图15 5倍抽取输出频谱

图16 通道二输出频谱

图17 通道二System Generator波形图

本文提出了基于FPGA的可重构多通道数字下变频系统,首先在图形化的设计环境中建模和FPGA实现单通道,避开了HDL的复杂编程,使设计者将更多的时间用在对算法的优化上,提高了效率,缩短了开发时间;其次采用FPGA可重构技术将多通道的系统设计为可重构虚拟多通道系统,减少硬件资源,为多波段多频段的研究提供了新思路。

图18 通道二modelsim波形图

表2 通道二所需资源

资源名称SliceLUTRAMDSP48E1已用资源17201062218

3.3 多通道可重构系统

针对多波段、多标准信号的灵活接收的要求,接收机接收的信号往往处于不同的频段并且有着不同的带宽,要想实现对多波段信号的处理,最简单直接的方法就是多通道数字接收机[5]。

图19 FPGA芯片布局布线图

图20是在图19基础上下变频系统所在的X0Y1、X0Y2和X0Y3区域放大图,动态区域包括了降频和滤波模块,静态区域包含DDS和混频模块,静态区域和动态区域之间通过单方向的Partiton Pin来实现通信,确保局部重构之后,系统能够正常 通信工作。

喘振控制线是防喘振控制系统的基准线,一般设定在喘振线右侧5%～15%处。它将压缩机喘振线右侧的区域划分为左右两部分,即控制区域和安全区域。当压缩机运行在安全区域时,出口流量大于防喘振控制线设定值,控制器会自动关闭旁路阀BV。如果压缩机工况波动,工作点进入控制区域,控制器的输出将使旁路阀BV开大,增大压缩机回流量,将工作点拉回控制线上。

不知过了多久，有人走到她面前站定。她抬眼，看见拎着一袋水果的方泽。对方不友好的神色一览无余，讥讽道：“你居然有脸来。”她确实没脸，恨不得面前就有一条可以钻的地缝。

图20 下变频系统局部布局布线图

选用Xilinx公司的系统建模工具System Generator for DSP,该工具扩展了MathWorks公司的MATLAB/Similink平台,提供了数字信号处理(DSP)建模环境,同时能将数字信号处理系统转化为可靠的硬件,实现抽象算法与FPGA之间的转换。

表3 可重构所需资源

资源名称SliceLUTRAMDSP48E1已用资源18501550250

4 结论

图18是在modelsim软件中仿真的波形,和System Generator产生的波形图17一致,整个通道二所需的资源如表2所示,和通道一相比DSP数目减少,Slice个数增多。

图10和图11分别是CIC抽取完和半带滤波结束后的频谱图,图12显示的是输入IQ信号以及抽取滤波后输出的IQ信号的波形图。

[1] 孔德彭,陈安妮,周一飞,等. 基于FPGA技术的WSN节点混沌保密通信设计?[J]. 传感技术学报,2015,28(4):557-562.

[2] Vipin K,Fahmy S A. Mapping Adaptive Hardware Systems with Partial Reconfiguration Using CoPR for Zynq[C]//2015 NASA/ESA Conference on Adaptive Hardware and Systems(AHS). IEEE,2015:1-8.

[3] Xilinx. Inc System Generator for DSP Getting Started Guide[ ]. Release 10.1.2 June,2008.

[4] 张树华,陈晓东,刘琳波,等. 基于FPGA的双线性内插方法实现MEE的畸变实时校正[J]. 传感技术学报,2004,17(4):594-599.

[5] Xilinx. Inc. System Generator for DSP User Guide[ ]. Release 10.1.2 June,2008.

我感到头顶的天空裂开一道口子，灿烂的夕阳照耀着我。太神奇了，偌大的武汉城，李大头纵然头大，也不过是海里的一根针，我居然这么轻松地找到了他。他坐在马路牙子上，好像就是为了等我，真是天无绝人之路。莫非我的福气来了？此刻，我想起我的父亲，他给我起名“吕有福”，我一直觉得这个名字土，俗气，想改回来。现在看来，这名字还真的给我带来好运。

[6] Latip M A A,Mohd Salleh M K,Wahab N A,et al. Varactor-Based Frequency-Tuned Microwave Open-Circuited Stub Resonator[C]//International Conference on Electronic Devices,Systems and Applications,2011:22-24.

这笔专用基金的宣传面临着一个棘手的问题。在治疗阿尔茨海默病方面，唯一通过审批的药物不能阻止神经退行性疾病的发展，只能治疗该病的症状，而且治疗效果也不太好。在过去一年中，基于该领域一些假设（如降低遍布于阿尔茨海默病患者大脑的β-淀粉样斑块水平将会阻止该病的发展等）的几项主要的临床试验都失败了。最近，一种靶向攻击β-淀粉样斑块的抗体在第二阶段试验中呈现出较好的结果。然而，鉴于过去那些受到密切关注的化合物所遭到的失败，许多研究人员仍然对此持有怀疑态度，并希望看到更大规模的第三阶段试验。

[7] 张琴,李海华,程骏,等. 基于ADS的微波带通滤波器的研究与设计[J]. 电子器件,2014,37(1):42-45.

[8] 钟雪燕,姚睿,鲍小胜. 一种应用于SpaceWire路由器动态部分重构的容错技术[J]. 计算机应用研究,2013,30(3):703-705.

钟雪燕(1987-),女,汉族,江苏宜兴人,南京铁道职业技术学院工作,硕士,助教,主要研究方向为FPGA通信,zhongxueyan 1987@163.com。