摘要：调幅是中短波播送中一种首要的调制办法。本文针对现有的模仿短波AM解调器的缺乏，提出了一种依据FPGA的全数字解调器。其最大的长处是将体系中的模仿电路压缩到最小。短波信号在前端经过模数转换器采样后直接送给FPGA处理，有用的避免了过多的模仿电路对体系目标的影响。
短波通讯是前史最为长远的无线通讯，被广泛地运用于政府，交际，气候等范畴。因为短波通讯设备简略，机动灵活，本钱低价，传输间隔远并且信道不易被炸毁，在通讯范畴占有极其重要的方位。在有些短波监测运用中需求在几十公里外的当地监测AM电台，这就需求将短波信号解调后再经过光纤传输到监测台。传统的短波接收机选用超外差技能，首要经过模仿器材将射频信号变换到为中频信号，再对信号进行扩大、滤波、解调等处理，这使得体系抗干扰才能差。现在也有一些数字短波接收机，在中频对短波信号数字化，再运用DSP完结短波解调。因为仍然运用到了太多的模仿器材，使得体系功能进步有限。本文依据软件无线电的思维，提出一种全数字的短波解调器。运用高速模数转换器直接射频采样，并将高速数据流送给FPGA完结下变频、滤波、解调。此体系将模仿器材压缩到最小，使得体系的抗干扰才能得到极大的进步，这也将体系的解调灵敏度进步到了一个新的高度。
1 AM解调原理
AM信号的时域表明式分别为：
式中，A0为外加的直流重量;m(t)可所以确知信号也可所以随机信号，但一般以为其平均值为0.即m(t)=0。
AM信号的解调办法有两种：相干解谐和包络检波解调。
1.1 相干解调
已调信号的频谱搬回到原点方位，即可得到原始的调制信号频谱，然后康复出原始信号。解调中的频谱搬移可以运用相乘运算来完结。相干解调的原理框图如图1所示。
将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得
相干解调的关键是有必要发生一个与调制器同频同相位的载波。假如同频同相位的条件得不到满意，则会损坏原始信号的康复，因而在实践运用中很少运用。
1. 2 包络检测法
将信号与一正交载波相乘，如图2，得到两路信号：
包络检测法对载波信号要求不高，是现在较为常用的短波AM解调办法。
2 依据FPGA的AM解调算法完结
模仿解调用模仿器材完结射频信号的下变频、滤波、解调。现有的数字中频解调也是运用模仿器材将射频信号下变频到中频信号，再经过模数转换器转换成数字信号，终究送给DSP完结解调。在此计划中也相同需求模仿器材完结信号变频、滤波，这使得此体系的功能相对于纯模仿解调办法进步有限。本文提出的运用FPGA完结短波解调，首要运用高速模数转换器直接在射频阶段完结数字化，再由FPGA完结滤波、抽取、变频，将高速宽带宽数据转换为低速、带宽为2KHz的窄带宽数据，终究依据包络检测法解调出音频信号。详细完结进程框图如图3。
全数字短波AM解调体系包含以下6个部分：
1)抗混频滤波器
短波信号的频率规模是50 kHz～30 MHz，抗混频滤波器的作用是将30 MHz以外的信号滤除，这些带外信号假如没有被滤除，经过AD采样后将在30 MHz带宽内发生镜像频谱，在终究解调出的AM信号中呈现杂音。
2)模数转换器
模数转换器完结射频信号的数字化作业。因为是对射频信号直接数字化，依据奈奎斯特采样定理，射频信号的带宽是30 MHz，则采样率需到达60 MHz。为了得到更好的SNR，SFDR等目标，咱们将采样率定为100 MHz，选用的AD采样芯片为linear公司的LTC2217，此芯片的最高采样率为105 MHz，可以供给高达105 dB的无杂散动态规模。
3)数字频率合成器
数字频率合成器的作用是依据给定的频率发生对应的正弦数据，为数字混频器供给混频数据。常用的完结办法有查找表法和Cordic算法。依据查找表的数字频率合成器完结进程简略，但需求占用很多的存储器资源，并且精度与存储器空间巨细有直接关系，存储器空间越大，精度越高。Cordic算法比较复杂，但依据流水线结构的Cordic算法只需移位和加减法操作就可以完结，FPGA资源占用少。其精度与流水线级数相关，实践情况中可以依据需求选取恰当的级数。详细原理在AM包络检测中详细介绍。
4)数字混频器
与数字中频解调体系相似，全数字解调体系需求将待解调信号从射频变频到中频。详细的完结进程如图4所示。
高频成分cos(2*wcn)由低通滤波器滤除，在本体系中wc界说为待解调的信号频率。经过数字混频器将待解调信号搬移到零频点邻近，为下一级数字抽取做准备。FPGA算法完结如下：首要经过上位机软件设置wc，FPGA内部的数字频率合成器生成相应频率的正弦数据，运用FPGA的乘法器完结相乘操作。将乘法器输出的数据送给数字滤波模块，就可以将完结频谱搬移。
5)多级抽取滤波器
多级滤波器是本体系中最重要的部分，其直接关系到整个解调体系的终究功能。短波信号在经过AD采样后转换为速率为100 MHz，带宽为50 kHz～30 MHz的高速数字信号。而在整个短波波段中有上千个频道，每个频道的带宽只要2～10 kHz，因而需求将单个频道数据从30MHz带宽的数据中提取出来。假如直接在100 MHz频率规模内规划一个10 kHz带宽的带通滤波器，这样的滤波器通带要求十分窄，过渡带要求十分陡，此滤波器系数将到达几百乃至一千，这对滤波器的完结带来很大的困难，简单使体系的特性十分的不稳定。因而在实践的规划中，一般都选用多级结构进行分级滤波和抽取，以求下降对立混叠滤波器的要求。将抽取因子D分解为J个整数的乘积，即：
，此体系可用J级整数因子级联的方式来完结，如图5所示。
图中第i级输出序列的采样频率Fi=Fi-1/Di，hi(n)是第i级抗混频滤波器，其阻带截止频率为：Fsi=Fi/2=Fi-1/2Di，以此规划的每一级抗混频滤波器可以确保各级抽取后没有混频现象。
6)包络检测器
包络检测是将滤波器提取出的窄带AM信号经过两个彼此正交的信号相乘，滤除高频重量后，对这两路信号取均方根。本文经过cordic算法可以快速核算出其包络。原理如下：
假定直角坐标系内有一个初始向量v(x，y)，旋转θ视点后得到另一个向量v’(x’，y’)，如图6所示。
由图6可得：
将此核算值转换为16 Bit的双字节发送给音频DA就可以得到调制在短波信号上的原始音频信号。
3 规划流程及成果剖析
体系规划包含算法仿真，FPGA软件规划完结。算法仿真经过MATLAB完结，首要包含FIR规划，Cordic算法规划，对滤波后的数据进行频谱剖析以验证算法的正确性。FPGA规划选用Synopsys公司引荐的规划流程。因为本体系中的模仿器材较少，避免了信号每经过一级模仿器材所发生的劣化，因而全数字解调体系的灵敏度有很大的进步，对调制信号信噪比的要求有很大的下降。经过将此体系与其他模仿解调体系的灵敏度以及对调制信号所要求的最低信噪比所做的比照(表1)得出，本体系在信号很弱小的情况下仍然可以解调出满意人听觉的音频信号。
