根据STM32的高频无线调制信号分析仪的规划与完成

摘要：跟着无线通讯技能的开展，无线调制信号剖析仪在无线电监测、科学化办理方面有重要的有用含义。文章依据STM32嵌入式渠道，选用二次变频芯片MC13135接纳并解调出调制信号，并经过FFT算法剖析处理，规划完结了一套新式的无线监测办理设备。测验成果表明，该信号剖析仪能够快速准确的勘探无线电办理地域内的无线电信号，并能实时反应被测信号的通讯技能参数、作业特征等信启。

0 导言

跟着电子技能的快速开展，特别是无线通讯作业的迅猛开展，无线电监管也正在逐渐强化。无线电技能是以电磁波的方法传达各种信号，明显单凭人力难以做到对其进行有效地监控。因而无线电监测设备对无线调制信号的监管显得十分重要。在改革开放三十年来，我国各省市无线电办理部门都有不同程度的添加，但是作为无线电办理重要技能手段的无线调制信号剖析设备遭到价格、技能等要素的约束未能得到广泛的使用。因而，高性价比的无线调制信号监测设备的规划与完结成了无线电监管中一个亟需处理的问题。

本文源于湖南省大学生研讨性学习和立异性试验方案专项课题，使用无线电技能和FFT算法理论，凭借嵌入式软硬件渠道，要点针对高频无线信号的解调、检涉及相关频谱剖析等方面进行优化规划，完结了无线电监测设备规划的高效性和便携性。

1 体系整体规划

体系整体规划方案如图1所示，本规划使用主动扫频捕获不同的载频信号，信号经由单片调频芯片MC13135解调及预处理后，送至STM32嵌入式处理器进行信号频谱特征提取加以剖析辨认，并将剖析成果显示出来。体系硬件部分包含信号接纳与预处理电路、STM32嵌入式硬件渠道和人机界面等一些外围电路模块;软件部分包含移植到STM32渠道上的FFT算法、体系控制、串口通讯等软件模块。

2 预处理电路规划

调制信号在进入体系之前，首要要进行预处理。详细到无线调制信号剖析仪体系来说，天线接纳的是高频信号，需求下变频得到中频信号，高保真解调信号关于后续的信号辨认尤为要害，主动扫频、解调、包络检波等这些都需求在预处理中完结。

2.1 主动扫频的完结

由MC13135作业原理可知，改变第一本振频率便可完结主动扫频功用。本规划中，第一本振由DDS函数发生器发生，经过向DDS集成芯片AD9851装备不同的指令完结第一本振频率的主动更新，继而到达扫频的意图。

2.2 解调及检波电路规划

MC13135是单片调频接纳电路，它集成了天线输入至音频输出的二次变频悉数电路，音频输出端口便可作为FM及FSK信号的解调输出口，来自二次变频后的信号，经过包络检波网络，终究可从载波中解调出AM及ASK信号。

关于信号辨认体系而言，包络检波网络电路的规划关乎到调制信号能否得到准确剖析。二极管包络检波器主要由二极管和RC低通滤波电路组成。二极管导通时，输入信号向C充电，充电时常数为RC;二极管截止时，C向R放电。在输入信号效果下，二极管导通和截止不断重复，直到充放电到达平衡后，输出信号盯梢了输入信号的包络。假如参数挑选不妥，二极管包络检波器会发生慵懒失真和负峰切开失真。本体系包络检波网络电路规划，详细如图2所示。

2.2.1 检波电路二极管的挑选

检波二极管选用2AP9点接触型二极管，作业频率150MHz以上，极间电容小于1pF，导通门限压为0.2～0.3V，因而在二极管正极加一静态正偏压，抵消其门限电压，导通电阻rd约为100 Ω。

2.2.2 检波电路负载电阻R28、R30的挑选

检波管后级低频电压放大器总输入电阻(此处即本级负载电阻R33)一般为2.5k。因而，为满意避免底部切开失真条件

(RΩ为沟通负载电阻，R为直流负载电阻)，R一般选为5～10kΩ。又依据分负载条件式R28=(0.1～0.2)R30，取R30=5.1kΩ，即可得：R28=0.133 R30=680 Ω，这时沟通负载电阻：

体系要求调起伏ma为不小于0.3，由上式可知该负载电阻的挑选满意避免底部切开失真的条件。

2.2.3 检波电路负载电容C43、C44的挑选

由高频电子线路原理可知，%&&&&&%C43、C44可由式

来预算，R=R28+R30=0.68kΩ+5.1kΩ=5.78kΩ。体系设定调制信号最大频率为fmax=1.0kHz，故Ωmax=2π×1.0×103，求得C小于27.5nF，此处取C43=C44=4700pF。这一取值也足以满意避免慵懒失真的条件：

综上所述，该检波网络的规划既避免了解调信号的慵懒失真和负峰切开失真，又避免了其频率失真和非线性失真，电路器材参数挑选与规划满意体系规划需求。

3 FFT算法与体系软件规划

3.1 FFT算法

FFT改换归于数字信号处理一种常用算法，经过FFT改换将信号由时域改换到频域，在频域完结对信号特征的提取。该剖析办法硬件电路简略、使用灵敏、精度和安稳度高。FFT算法的基本思想是把长序列的DFT逐次分解为较短序列的DFT。

用FFT对模拟信号进行频谱剖析时，首要需求对模拟信号进行AD采样，假定输入模拟信号频率为f，AD采样频率为Fs，对采样得到的数据做FFT改换。在FFT改换中有几个重要参数：最大可分辩频率Fmax、频率分辩率F、采样点数N、抽样长度T。各个参数联系如下：

最大可分辩频点数：M=1+(fh-f1)/F (1)

最低采样频率：fs=2fh (2)

最小采样点数：N=fs/F (3)

最小采样时刻：TPmin=1/F (4)

由式(3)能够看出，要想进步FFT的分辩率F，就必须要减小采样率fs或许添加采样点数N。

在嵌入式体系渠道下，本规划针对典型的周期信号进行频谱的剖析，能够有效地得到典型周期信号的各次谐波重量。

3.2 调制信号波形的辨认

取采样频率为输入信号频率的3倍，收集32点，进行FFT改换，得到周期典型信号的频谱图，依据典型周期信号各次谐波重量的不同，能够很方便地分辩出不同的波形。

依据FFT算法的基本原理把长序列的DFT逐次分解为较短序列的DFT。N点DFT改换为

式中，

称为旋转因子，周期为N。经FFT后得到各点X(K)序列值，便可描得出信号的频谱图。

方波和正弦波以傅里叶级数打开，其数学模型为：

其间，w=2π/T。从以上模型能够看出，方波的频谱由基波和谐波组成(无偶次谐波)，且各谐波起伏顺次递减，奇次谐波频率为基波频率的奇数倍时，信号起伏是基波的奇数倍的倒数，而正弦波信号是单一频率的周期信号，因而可解调出信号x(t)。经STM32的内部ADC采样得到x(n)，然后在STM32中作FFT得到其频谱x(k)，查找出基波和三次谐波。频率存在3倍联系，且起伏存在1/3倍的联系则能够判别是方波，若不满意此联系则是正弦波。调制信号进行预处理，区别出调频或调幅信号后，再依据FFT剖分出基带信号为正弦波或方波，便可进一步判别是何种解调方法。

3.3 体系软件流程

体系上电后，STM32履行主动扫频程序，不断调整MC13135的第一本振，直到检测MC13135的第9脚输出的频率为455kHz中止扫频。扫频中止后体系进入信号剖析流程。体系软件流程图如图3所示。

4 试验成果及剖析

4.1 技能指标

(1)高频信号剖析仪能够主动扫描、捕捉、剖析和辨认通讯信号，载波作业频率规模：15～50MHz;

(2)主动丈量通讯信号的输入信号载波频率和调制信号频率，丈量值的准确度优于2%;

(3)主动判别射频信号的调制方法：无调制载波信号、AM、FM、ASK、FSK;

(4)正常辨认条件下，接纳机灵敏度≤100 μV。

4.2 测验成果及剖析

用EE1482型组成信号发生器和SU3080函数信号发生器发生一个已调制好的信号(载波起伏≤100 μV，调制信号起伏≤100mV)，使用天线发射出去。经过接纳机收到信号进行剖析后(天线长度不要大于30cm)，经过人机交互界面(触屏)调查并和发射信号进行比对。详细数据见表1。

由表1可知，在必定规模内体系能够准确丈量出载波频率以及判别出调制信号类型，且丈量频率。

5 定论

经过实践标测，本体系现在能够辨认4种高频调制信号。在现有研讨的基础上，下一步作业将着重于优化匹配算法和电路，以期能够解调辨认更多杂乱的调制信号，增强捕获才能。在本项意图基础上经过改善能使用于无线考试监测体系、短波通讯体系、无线寻呼体系等多种场合;在本项意图基础上结合2.5G数据通讯，亦能够完结大众安全监控、交通流量监控、城市应急处置;或结合GPS和3G技能，完结城市导航、方位信息等新式服务。