摘要：GC4016是Craychip公司生产的一种高性能、多通道数字下变频器。文中介绍了GC4016的主要特点和性能，给出了GC4016在软件无线电中的应用方法，同时给出了基于GC4016的数据采集卡和微机构成的双通道高速数据采集系统的设计方案和测试结果。

     关键词：软件无线电；高速数据采集系统；数字下变频（DDC）；GC4016

１　引言

软件无线电是近年来随着计算机及微电子技术的高速发展而产生的一种全新的无线电技术。它的出现是无线电通信从模拟到数字、从固定到移动后，由硬件到软件的第三次变革。其基本思想是：将模块化、标准化的硬件单元以总线的方式连接起来构成基本平台，然后通过软件加载来实现各种无线通信功能（包括不同频段、不同制式）；由于受微机运算速度的影响，若在信号接收端将Ａ／Ｄ采样后的数据直接送计算机进行处理，则实时性难以保证，因此利用数字下变频器（ＤＤＣ）对采样数据做一定的预处理后再通过总线送至微机是很有必要的。Ｇｒａｙｃｈｉｐ公司生产的多通道数字下变频器ＧＣ４０１６的主要功能是将高速的数据流下变频成基带数据，从而在很大程度上缓解了Ａ／Ｄ采样后数据处理的困难。

２ ＧＣ４０１６的主要特点

ＧＣ４０１６的原理框图和四个数字下变频通道中每一个通道的数字信号处理原理框图分别如图１和图２所示，该器件的主要特点如下：

●输入信号速率可达１００Ｍｓｐｓ；

●具有大于１１５ｄＢ的无寄生动态范围；

●有四个独立的可编程下变频通道，每个通道的最大可用基带带宽为２．２５ＭＨｚ，而且每个通道的参数都可以灵活、独立地编程和设置；也可合并为两个通道，每通道的最大可用基带带宽为４．５ＭＨｚ；若将其合并为单一通道，则最大可用基带带宽为９ＭＨｚ；

    ●每个通道均支持一个用户可编程基带滤波器和一个可编程重采样器，从而使器件适合于中频处理；

●总的抽取因子为８～１６３８４，其中３２～１６３８４ 对应每个单通道；１６～３２对应两通道联合；８～１６对应四通道联合；

●采样输出可为１２ｂｉｔ、１６ｂｉｔ、２０ｂｉｔ或２４ｂｉｔ；

●输出形式灵活多样，即可并行输出又可串行输出，同时可选择输出幅度、相位、频率或正交Ｉ、Ｑ两路数据等所需信息；

●具有独立的调制、相位和增益控制功能；

●采用３２位的数控本振（ＮＣＯ），分辨率为０．０２Ｈｚ；

●各独立通道的滤波器为五级ＣＩＣ、可编程２１阶ＦＩＲ、可编程６３阶ＦＩＲ和重采样ＦＩＲ。

此外，ＧＣ４０１６还具有灵活的可编程特性，其内部共有２５５个３２位控制字寄存器（偏移地址为００ｈ～０ＦＦｈ），可用于决定内部各功能模块的参数设置（如载波中心频率、ＦＩＲ滤波器系数、抽取因子、数据输出的格式与方式等）；用户通过控制接口既可以写控制字，也可以读出某些状态信息。但在对控制接口进行写操作时，３２位的数据与８位地址是分为５个字节并按一定顺序依次写入的，这给系统设计带来了或多或少的麻烦。尽管ＧＣ４０１６在设置上比较复杂，但其功能非常强大，使用相当灵活。

３ ＧＣ４０１６的主要功能

ＧＣ４０１６的主要功能是数据抽取和多种调制信号的解调。

（１）数据抽取

当信号由中频搬移至基带时，采样频率将随之降低以减轻后续数据传输与处理的负担。由级联积分／梳状滤波器、半波滤波器以及可编程ＦＩＲ滤波器所组成的低通抽取滤波器的最大抽取因子为２１４，可以将１００Ｍｓｐｓ的输入速率降至６ｋ～１２．５Ｍｓｐｓ。

图2

    （２）多种调制信号的解调

ＧＣ４０１６内部的载波ＮＣＯ与后续的滤波器可实现输入中频信号的正交解调，产生Ｉ、Ｑ两路基带或更低频率的中频信号，随后送入输出格式选择单元；该输出格式选择单元中包含有坐标变换与鉴频器等模块，