軟件無線電中的數(shù)字下變頻技術(shù)

1、軟件無線電中的數(shù)字下變頻技術(shù)匯報人：整理ppt數(shù)字下變頻的應(yīng)用背景在實際應(yīng)用中，軟件無線電接收機普遍采用超外差式數(shù)字中頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)先將射頻信號模擬混頻至統(tǒng)一的中頻信號,使用ADC器件對其采樣,采樣后的中頻信號經(jīng)過數(shù)字下變頻器,即圖中的DDC模塊,變?yōu)榈退俚幕鶐盘栐偎屯鵇SP進行實時信號處理。它在整個軟件無線電系統(tǒng)中的主要作用是對ADC采樣后的高速中頻數(shù)字信號進行數(shù)字混頻、數(shù)據(jù)抽取、濾波處理,將其變?yōu)閿?shù)字基帶信號,降低數(shù)據(jù)速率,減小DSP對數(shù)據(jù)處理的負擔(dān)。整理ppt原理數(shù)字下變頻器(DDC)是接收機AD變換后，首先要完成的處理工作，一般的DDC由本地振蕩器(NCO)、混頻器、低通濾波器和抽取

2、器組成.主要作用：其一是把中頻信號變?yōu)榱阒蓄l信號；其二是降低采樣率。從頻譜上看，數(shù)字下變頻將A/D采樣后信號從中頻變換到基帶。這樣的處理由兩步完成：首先是將輸入信號與正交載波相乘，然后進行數(shù)字濾波濾除不需要的頻率分量。整理ppt結(jié)構(gòu)NCO：產(chǎn)生正余弦序列，即I/Q兩路信號。DDC主要有三種實現(xiàn)途徑：采用專用芯片、自制專用芯片、基于DSP或FPGA等通用芯片。數(shù)字下變頻的組成主要包括數(shù)字混頻器、數(shù)字控制振蕩器(NCO)和低通濾波器(LpF)三部分組成,整理ppt影響數(shù)字下變頻器性能的主要因素數(shù)字下變頻器的主要性能指標(biāo)有輸入數(shù)據(jù)的寬度、輸入數(shù)據(jù)的傳輸速率、數(shù)控振蕩器的分辨率、無雜散動態(tài)范圍(sFD

3、R)、整形FIR濾波器的階數(shù)、抽取因子等。FPGA屬于數(shù)字設(shè)計,所有數(shù)據(jù)的表示和運算均為二進制的形式,位數(shù)不可能無限的大,因此在具體設(shè)計時很多時候都要不可避免的進行截斷,如在NCO的設(shè)計時對相位累加器的截斷,這對本振頻譜的純度和混頻的精度都帶來影響,在濾波器的設(shè)計中,對各階系數(shù)的截斷,對濾波結(jié)果累加輸出位數(shù)的截斷等,這些都屬于有限字長效應(yīng)產(chǎn)生的誤差,這是影響數(shù)字下變頻器性能的主要因素之一。高階FIR整形濾波器的階數(shù)也會對數(shù)字下變頻器的性能產(chǎn)生影響,階數(shù)越高,阻帶抑制比越高,過渡帶越窄,濾波效果越好,但占用的FPGA資源也越多,必須在數(shù)字下變頻器性能和FPGA資源這兩方面都做一個折中,以達到使用

4、較少資源,就可以獲得較好下變頻性能的目的。整理ppt數(shù)字控制振蕩器(NCO)數(shù)控振蕩器的主要功能就是產(chǎn)生兩路頻率可變、時間離散、相互正交的正弦和余弦數(shù)據(jù)樣本,在軟件無線電中產(chǎn)生NCO樣本的方法主要有兩種: 查找表法 實時計算法(CORDIC算法)整理ppt數(shù)字控制振蕩器由三部分組成:相位累加器、相位加法器及正弦表只讀存儲器。相位累加器：將數(shù)字本振頻率偏移之和轉(zhuǎn)換成相位,每來一個時鐘 脈沖,相位 在原來的基礎(chǔ)上加一個相位增量;相位加法器：設(shè)置一定的初始相位以滿足某些應(yīng)用的需要;相位的正弦值用查正弦表求得相位角度。查找表法整理pptCORDIC算法假設(shè)向量B是向量 A通過 n 次旋轉(zhuǎn)以后得到的，其

5、中第 i 次旋轉(zhuǎn)的角度為i ，那么第 i 次旋轉(zhuǎn)的表達式為整理ppt規(guī)定第 i 次旋轉(zhuǎn)的角度 ，這樣，每次旋轉(zhuǎn)的tani 的值通過移位就可以實現(xiàn)，那么旋轉(zhuǎn)方程可以簡化為整理ppt用CORDIC算法中每個迭代(i)的旋轉(zhuǎn)角度整理ppt整理ppt經(jīng)過多次迭代后,下式：其中，K 由迭代次數(shù) i 決定,當(dāng) i 確定下來，K 就是一個常數(shù)了。當(dāng)?shù)螖?shù)足夠多，即 i 足夠大時，這是一個固定的常數(shù)， 。在硬件處理的時候，可以忽略它，將它留至最后再處理。 整理ppt低通濾波和抽取CIC濾波器是第一級抽取濾波器，HB濾波器是第二級抽取濾波器,它們既要能夠濾除混頻后的高頻成分,又要能夠保證滿足抽取后抗混疊濾波的

6、要求。經(jīng)過CIC濾波器和HB濾波器抽取后的低速信號,送入到高階FIR濾波器中進行整形濾波,進行整形濾波后的信號即可送給通用的數(shù)字信號實時處理器件做進一步的信號處理。整理ppt CIC 濾波器積分梳狀濾波器 ，指該濾波器的沖激響應(yīng)具有如下形式 D 為 CIC 抽取濾波器的階數(shù)，也就是抽取因子。整理ppt根據(jù) Z 變換的定義，CIC 濾波器沖激響應(yīng)之 Z 變換為 從上圖中可以，CIC 濾波器由兩部分組成。其中，H1 ( z )在實現(xiàn)上就是一個累加器，因此被稱作積分器；H 2( z )是一個梳狀濾波器。整理ppt整理ppt用MATLAB畫出他們各自的幅頻，相頻曲線整理ppt計算出總的頻率響應(yīng)其幅頻和

7、相頻特性曲線整理ppt單級 CIC 濾波器的旁瓣電平只比主瓣低 ，這也就意味著阻帶衰減很差，一般是難以滿足實用要求的。為了降低旁瓣電平，可以采用多級 CIC濾波器級聯(lián)的辦法來解決，例如用 Q 級 CIC 濾波器實現(xiàn)時的頻率響應(yīng)為 整理ppt此時的第一旁瓣抑制為整理ppt由于 CIC 濾波器的實現(xiàn)非常簡單，只有加減運算，沒有乘法運算，F(xiàn)PGA 實現(xiàn)時可達到很高的處理速率，因此CIC濾波器很適合作抽取器前的抗混疊濾波器，通過 CIC 濾波器抽取和濾波后把高的數(shù)據(jù)率降到較低的數(shù)據(jù)率，易于后級的 HB濾波器抽取和 FIR 濾波器濾波。多級 CIC 抽取器結(jié)構(gòu)圖 整理ppt半帶（HB）濾波器所謂半帶（H

8、alf Band HB）濾波器是指其頻率響應(yīng)滿足以下關(guān)系的 FIR 濾波器整理ppt半帶濾波器具有如下性質(zhì)：半帶濾波器的沖激響應(yīng)除了零點不為零外，在其余偶數(shù)點全為零，所以采用半帶濾波器進行濾波計算時，只需一半的計算量，有很高的計算率，適合于進行實時處理。 整理ppt從圖 可以看出，其幅頻響應(yīng)在 /2 A 之間不為零。因此，當(dāng)對此濾波器的濾波結(jié)果做兩倍抽取時，數(shù)字域的擴展會導(dǎo)致頻域混疊。但是，只要控制抽取前的有用信號在0 c之間，抽取后在0 2 c沒有混疊的。因此，在應(yīng)用 HB 濾波器進行濾波設(shè)計時，要特別注意有用信號的帶寬。整理ppt整理pptFIR濾波器FIR濾波器作為數(shù)字下變頻中的最后一級

9、濾波器,主要完成信道的整形濾波,FIR濾波器只有零點,為了取得較好的衰減特性,一般要求FIR濾波器的階數(shù)較大,經(jīng)過多級抽取后,高速的數(shù)字信號己經(jīng)變得相對較低,因此可以較容易實現(xiàn)高階FIR濾波器,使得通帶帶寬、過渡帶、阻帶衰減、通帶和阻帶波紋等各項指標(biāo)達到要求。整理pptFIR是一種使用非常廣泛的線性時不變數(shù)字濾波器。FIR濾波器存在N個抽頭h(n),N即為濾波器的階數(shù),濾波器的輸出可以通過卷積的數(shù)學(xué)形式表示為:N階FIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)可以表示為：整理ppt整理ppt用DA分布式算法實現(xiàn)FIR濾波器對于一個 FIR 濾波器的乘積和，可以用下面的式子來表述： 整理ppt代入并展開可得每個輸入的符號位和對應(yīng)系數(shù)的乘積和括號內(nèi)的表達式，表示K個固定系數(shù)hk與輸入的 K