一种数字中频接收机的设计与实现
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一种高性能数字中频接收机的设计及实现
样 中的直 流分 量 ， 影响 了数 字 中频 的低端 性 能 时 同
根 据 式 １ ＡＤ 的 采 样 率 和 中频 频 率 之 间 为 等 式 ， ， 限
制 了 中频 频 率和 ＡＤ 采样 率 的 选择 ， 对 中频 频 率 而
较 高 的 系 统 ， 可 能 无 法 找 到 合 适 的 ＡＤ 采 样 率 ； 很 同 时这类 方 案只适 用于全 相参 雷达 系统而 无法 用于 中 频 相 参 雷 达 。 用 ＮＣ 采 Ｏ＋ Ｌ Ｆ的 数 字 中 频 目 前 在 通 Ｐ 信 系 统 中 应 用 较 多 ， 由 于 目前 雷 达 系 统 中 频 综 一 但
信 号 的 频 谱 分 布 并 不 充 满 整 个 频 带 ， 以 可 欠 采 样 所 而 保 证 信 号 的 有 用 频 谱 不 产 生 混 迭 ， 而 得 到 正 确 从
２ ２ 联 合 相干中频 处理 ．
的 幅 相 误 差 较 大 ， ＩＱ 的 幅 相 误 差 会 严 重 影 响 雷 而 ／ 达 的 整 机 性 能 行复杂 的校 正处 理。。 字中频利 用 中频直 接采 样 ， 数 通 过 数 字 信 号 处 理 获 得 视 频 ＩＱ 信 号 ， 有 ＩＱ 镜 ／ 具 ／ 频 抑 制 比 高 、 性 动 态 范 围 大 、 积 小 、 量 轻 、 致 线 体 重 一 性 好等 优点 ， 现 代高 性 能雷达 的发展 方 向。 是
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Hale Waihona Puke 现 代 雷 达 第 １期
一
种 高 性 能数 字 中频接 收机 的设 计及 实现
王金础 杨 正 远
（ 流 信 息技 术 有 限 公 司 成 都 ６ ０ ２ ） 潮 １０ １
【 要 】 采 用 中频 回赦 和 中 颤相 参 信 号 联 合 相 干 处 理 ， 场 采 样 － 场 处 理 － 程 传 话 的体 系 结 构 实 现 了 高性 摘 现 现 远 能 数 字 中频 雷 达 接 收 机 ． 性能 可 以满 足 现 代 高性 能 雷 达 系 统 的需 要 。 其 【 键词 】 敷 字 中频 ． Ｉ 滤渡 ， 性 动 态 范 围 ． 频 抑 制 比 美 ＦＲ 线 镜
数字中频接收机技术应用及国产化实现
数字中频接收机技术应用及国产化实现张佳明【摘要】在当下国家倡导的“保障信息安全，实现核心软硬件国产化自主可控”已被上升到国家安全层面。
随着国产半导体集成电路的发展，采用国产器件实现数字中频信号接收机成为可能。
文章从数字中频接收机的基本构造及原理入手，对国产器件现状进行分析，提出了一种数字中频接收机的国产化方案。
%In the moment the country advocates the protection of information security, the realization of the core software and hardware localization of autonomous control has been raised to the national security level.Along with the development of domestic semiconductor integrated circuit, it is possible to implement digital intermediate frequency signal receiver.Based on the basic structure and principle of digital intermediate frequency receiver, this paper analyzes the present situation of domestic device, and puts forward a new method of digital IF receiver.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】2页(P141-142)【关键词】数字中频接收机;国产器件;自主可控【作者】张佳明【作者单位】广州海格通信集团股份有限公司，广东广州 510000【正文语种】中文目前我国应用的数字接收机大部分都以进口集成电路为主，数字化的中频信号或射频信号接收机需要大规模可编程集成电路、高性能信号处理器以及高采样率和带宽的模数转换器。
600Mbit／s高速数传数字中频接收机DFT结构设计
ｔｒ ｓｍａｃ ｅ ｑ ａ ｅｒ ｏ ａｓ ｄ ｃ ｓｎ ｌ ｒｎ ｅｆｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ｍａｎ ａ ｄｔｍｅ ｅ ｔ ｒｔ ｎ ａ ｄ ｃ ｒｅ ｔ ｎ ｗｉ ｙ ｏ ｕ ｅ ｔｈ ｄ ｓ ｕ ｒ ｏ ｔ ｉｅ —ｏ ｉ ｅｆ ｔｉ ｇ ｉ ｔ ｑ ｅ ｃ ｏ ｉ ｎ ｒ ｉ ｅ ｎｈ ｒ ｉ ｄ ｒ ｓｏ ａｉ ｏ ｒ ｃｉ ｔ ｓ ｍｂ ｌ ｏ ｎ ｏ ｈ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａｉ ｎ ｙ ｃ ｒ ｎｚ ｔ ． ｏ
ＣＨＥＮ Ｄａ—ｕ ＺＨＡＮＧ — ａ ｇ ｆ Ｅｒｙ ｎ
（ ｏ ｅｅｏ ｌｃ ｏｉ ＳｉｎｅａｄＥ ｇｎｅｉｇ Ｎａｏａ ｎｖｒｉ ｆ ｅｅｓ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｃ ａｇｈ ，Ｈ ｎ ｒｖ ｃ １０ ３ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅｔ ｎｃ ｃ ｃ ｎ ｎｉｅｒ ， ｔ ｎｌ ｉｅｓｙｏ ｆｎｅＴ ｃｎ ｌ ｙ ｈ ｓａ ｕ ａ Ｐｏｉ ｅ４ ０ ７ ） ｌ Ｅ ｒ ｅ ｎ ｉ Ｕ ｔ Ｄ ｏ ｎ ｎ ｎ
ｆｒ （Ｄ Ｔ ｒｈｔｃ ｒ ｏ ｒａ ｂｎ ｉｉ Ｆ ｒｃｉ ｒｗｔ Ｐ Ａ ｉｐｅ ｎ ｔ ｎ ｏ ｒ ｒｍｍ ｂｅｃｉ ｒ ｏ ｍ Ｉ Ｆ ）ａｃｉ ｔ ｅ ｆａｂｏｄ ａ ｄｄｇ ａ Ｉ ｅｅ ｅ ｉ Ｆ Ｇ ｍ ｌ ｅｕ ｔ ｌ ｖ ｈ ｍｅｔ ｉ ｎａｐｏ ａ ａｌ ｈｐ ｆ ａｏ ｇ ｏ ６ ０ ｉ ｓ ｉ ． ｔ ｄｔ ａ ｓ ｓｉ ｎ ｆ ｃ ｖ ｎｂｎ Ｐ Ｋ ｍｏｕａ ｏ ｄｄｍｏｕａ ｏ Ｔ ｅａｃｉ ｃ ｒ ａ ０ Ｍｂ ／ ｓ ｒ ｅ ａ ｔ ｎｍｉ ｏ ａｄｅ ｅｔ ｅｉ—ａｄＱ Ｓ ｄｌｔ ｎａ ｅ ｄ ｌ ｉｎ ｈ ｈｔ ｔ ｅｆ — ｔ ｈ ｈ ａ ａｒ ｓｎ ｉ ｉ ｎ ｔ ｒ ｅｕ ｅ
字 中频接 收机 Ｄ Ｔ并行 结构 ， 突 出特 点是在频 率域 上 实现平 方根升 余 弦特 性 的 匹配 滤波 和符号 同步 的定 时 Ｆ 其
ＣＨＥＮ Ｄａ—ｕ ＺＨＡＮＧ — ａ ｇ ｆ Ｅｒｙ ｎ
（ ｏ ｅｅｏ ｌｃ ｏｉ ＳｉｎｅａｄＥ ｇｎｅｉｇ Ｎａｏａ ｎｖｒｉ ｆ ｅｅｓ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｃ ａｇｈ ，Ｈ ｎ ｒｖ ｃ １０ ３ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅｔ ｎｃ ｃ ｃ ｎ ｎｉｅｒ ， ｔ ｎｌ ｉｅｓｙｏ ｆｎｅＴ ｃｎ ｌ ｙ ｈ ｓａ ｕ ａ Ｐｏｉ ｅ４ ０ ７ ） ｌ Ｅ ｒ ｅ ｎ ｉ Ｕ ｔ Ｄ ｏ ｎ ｎ ｎ
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字 中频接 收机 Ｄ Ｔ并行 结构 ， 突 出特 点是在频 率域 上 实现平 方根升 余 弦特 性 的 匹配 滤波 和符号 同步 的定 时 Ｆ 其
基于ISL5416芯片的多载波数字中频接收机的设计
Ｐ ｏ ｕ ｔ 品 设计 与 ｒｄ ｃｓ 产 Ｄ ｓ ＆ ｆ ｉ 应用 ｅｊ Ａ ｊ ｔ ｃ ０
基 于 ＩＬ ４ 片 的 多载 波 Ｓ５ １ ６芯
数 字 中颊 接 收 机的’ 计 设
＾
深圳 市 中兴 通 讯 股份 有 限公 司
摘 要 关键词
张 军 陈炜 炜
载 波 １— ◆ １
２０ ０ ２年 无线电工程 第 ３ ２鲞 摹 ７ 啊 ３ Ｊ １
Ｄ ｓ Ｍ Ａ ｐｉ ｔ ｎ ｅｊ ＆ ｐ ／ ａｉ ｌ ｃ ｏ ￣用
个模 数 转换 器 （ Ｄ ） Ａ Ｃ 。 在数字 中频接收 机 中，下变频 和 Ｉ 解调 的功 能 Ｑ 由数字 电路 完成 ，模 拟 电路只 是信 号 的通道 ，信 号 经 过模拟 通 路没 有发 生性 质变 化 ，只 是信 号频 谱从 射 频搬 移到 中频 。Ａ Ｃ输 出 的数字信 号仍然 属 于多 Ｄ 载 波 的中频 信 号 。因此 ，数字 接 收机 可 以共 用 一个 模 拟 通 道 ， 并 Ⅱ 这 一模 拟 通 道 在 结 构 上 也 更 为 简 化 ，通常 只 需 作 一次 下变 频 。在 带 来益 处 的 同时 ， 另一方 面 ，数字 中频接 收机 对模拟 通 道和 Ａ Ｃ的 要 Ｄ 求也相 应 增加 ，主 要表现 在 带 宽和动 态范 围上 。 实
际 应 用 中 共 用 的 载 波 数 目一 般 不 大 于 ３ 。
Ｐ ０ ｕ ｔ产 品 设 计 与 ｒ ｄ ｃｓ
弦信 号与 数字 中频信 号分别 混频得 到 Ｉ Ｑ基带 信号 ； 三是信 道滤 波 ， 将基 带信 号 以外的其它 频率滤 除 ， 同 时 ， 可 以实现数 字信 号的成形 滤波 。 还 Ｎ ０是 数 控 本 振 ，本 振 的 频 率值 可 以通 过 设 Ｃ 置 寄 存 器 设 定 。 频 器 用 乘 法 器 实 现 。 Ｃ 和 乘 法 混 ＮＯ 器 的采 样 频 率 都 和 Ａ Ｃ的采 样 频 率 相 同 ， 为 Ａ Ｃ Ｄ Ｄ 的采 样 频率 。 由于 较 高 的 Ａ Ｄ采 样 频 率 可 以获 得一些处理增益， 此 ， 因 其值 往 往 选 为数 倍 或 十 几 倍 的 ２ 信 号带 宽 。 样 的 采 样 频率 ， 于 后 续 的 倍 这 对 信 道 滤 波 器 以及 基 带 处 理 部分 ， 没 有什 么 益 处 ， 却 并且会增加硬件开销， 此， 因 在混 频和 信 道 滤 波 之 问 有 抽 取 模 块 实 现 降 采样功能。
基 于 ＩＬ ４ 片 的 多载 波 Ｓ５ １ ６芯
数 字 中颊 接 收 机的’ 计 设
＾
深圳 市 中兴 通 讯 股份 有 限公 司
摘 要 关键词
张 军 陈炜 炜
载 波 １— ◆ １
２０ ０ ２年 无线电工程 第 ３ ２鲞 摹 ７ 啊 ３ Ｊ １
Ｄ ｓ Ｍ Ａ ｐｉ ｔ ｎ ｅｊ ＆ ｐ ／ ａｉ ｌ ｃ ｏ ￣用
个模 数 转换 器 （ Ｄ ） Ａ Ｃ 。 在数字 中频接收 机 中，下变频 和 Ｉ 解调 的功 能 Ｑ 由数字 电路 完成 ，模 拟 电路只 是信 号 的通道 ，信 号 经 过模拟 通 路没 有发 生性 质变 化 ，只 是信 号频 谱从 射 频搬 移到 中频 。Ａ Ｃ输 出 的数字信 号仍然 属 于多 Ｄ 载 波 的中频 信 号 。因此 ，数字 接 收机 可 以共 用 一个 模 拟 通 道 ， 并 Ⅱ 这 一模 拟 通 道 在 结 构 上 也 更 为 简 化 ，通常 只 需 作 一次 下变 频 。在 带 来益 处 的 同时 ， 另一方 面 ，数字 中频接 收机 对模拟 通 道和 Ａ Ｃ的 要 Ｄ 求也相 应 增加 ，主 要表现 在 带 宽和动 态范 围上 。 实
际 应 用 中 共 用 的 载 波 数 目一 般 不 大 于 ３ 。
Ｐ ０ ｕ ｔ产 品 设 计 与 ｒ ｄ ｃｓ
弦信 号与 数字 中频信 号分别 混频得 到 Ｉ Ｑ基带 信号 ； 三是信 道滤 波 ， 将基 带信 号 以外的其它 频率滤 除 ， 同 时 ， 可 以实现数 字信 号的成形 滤波 。 还 Ｎ ０是 数 控 本 振 ，本 振 的 频 率值 可 以通 过 设 Ｃ 置 寄 存 器 设 定 。 频 器 用 乘 法 器 实 现 。 Ｃ 和 乘 法 混 ＮＯ 器 的采 样 频 率 都 和 Ａ Ｃ的采 样 频 率 相 同 ， 为 Ａ Ｃ Ｄ Ｄ 的采 样 频率 。 由于 较 高 的 Ａ Ｄ采 样 频 率 可 以获 得一些处理增益， 此 ， 因 其值 往 往 选 为数 倍 或 十 几 倍 的 ２ 信 号带 宽 。 样 的 采 样 频率 ， 于 后 续 的 倍 这 对 信 道 滤 波 器 以及 基 带 处 理 部分 ， 没 有什 么 益 处 ， 却 并且会增加硬件开销， 此， 因 在混 频和 信 道 滤 波 之 问 有 抽 取 模 块 实 现 降 采样功能。
中频窄带数字正交接收机的设计与实现
图 ２ 基 带数 字 接 收 方 案
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２０ ０７年第 １期
杨洪丰 等 ： 中频窄带数 字正交接收机 的设计与实现
１３ ０
该 方案 采用 与传 统模 拟 接 收机一 样 的方 式经 过 两 次混频 将 射频 信 号 转 换 成 基 带 模 拟 信 号 ， 后 再 然 利 用 Ａ Ｄ转换 器将 该模 拟 信号 转 换 成 数据 流 ， 给 ／ 传 后 续 的数字 信号 处理 器件 。该方 案 的优 点是 容 易实 现， 这是 由于要处 理 的模 拟信 号 已经 是基 带信 号 ， 所 以它对 Ａ Ｄ转 换 器 的频 率 要 求 不 高 。但 由 于 它 采 ／
ｒ ｏｒ ．
Ｋ ｙｗ ｒｓ ｓ ｎ ｌ ｒｃｓｉ ； ｉ ｔ ｏ ｎ—ｃ ｎ ｅ ｅ ； ｅ ｏ ｄ ： ｉ ａ ｐｏｅｓ ｇ ｄｇ ａ ｄ ｗ ｇ ｎ ｉ ｌ ｏ ｖｒ ｒ ＶＱ ｔ
模 拟 到数 字变 换器 （ Ｄ ） 块 ， 而实 现 基 带处 理 Ａ Ｃ模 从
０ 引 言
元 。这种接 收机 的中频 （Ｆ， ｎｅｍ ｄ ｔ ｅｕ ｎ ｙ Ｉ ｉｔ ｅ ｉ ｅ￣ ｑ ｅ ｃ ） ｒ ａ
的数 字化— — 基带 数 字 化 方 案 ， 结 构 框 图 如 图 ２ 其
所示 。
基
带
处
理
举
图 １ 传 统 模 拟 接 收 机 结 构 框 图
单 元一 般需 要模 拟带 通滤 波器 、 压控 振荡 器 、 法器 乘
ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ ｅ ｓｌ ｈ ｏ ｇ ｓ ｇ Ｐ ｏ ｔ ｌ ａ ｉ ｔ ｒ ｕ ｈ ｕ ｉ ｃ，ｗ ｔ ｉ ｌ ｔｕ ｔｒ ｏ ｅ ｙ ｎ ｉ ｓｍｐ ｅ ｓ ｃｕ ｅ，ｅ ｓ ｅ ｌ ａ ｉｎ，ｈ ｇ ｃ ｕ ａ ｙ ｎ ｉ ｌ ｒ ｈ ｒ ａ ｙ ｒ ａｉ ｔ ｚ ｏ ｉｈ ａ ｃ ｒ ｃ ，ａ ｄ ｌ ｔ ｅ — ｔｅ
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２０ ０７年第 １期
杨洪丰 等 ： 中频窄带数 字正交接收机 的设计与实现
１３ ０
该 方案 采用 与传 统模 拟 接 收机一 样 的方 式经 过 两 次混频 将 射频 信 号 转 换 成 基 带 模 拟 信 号 ， 后 再 然 利 用 Ａ Ｄ转换 器将 该模 拟 信号 转 换 成 数据 流 ， 给 ／ 传 后 续 的数字 信号 处理 器件 。该方 案 的优 点是 容 易实 现， 这是 由于要处 理 的模 拟信 号 已经 是基 带信 号 ， 所 以它对 Ａ Ｄ转 换 器 的频 率 要 求 不 高 。但 由 于 它 采 ／
ｒ ｏｒ ．
Ｋ ｙｗ ｒｓ ｓ ｎ ｌ ｒｃｓｉ ； ｉ ｔ ｏ ｎ—ｃ ｎ ｅ ｅ ； ｅ ｏ ｄ ： ｉ ａ ｐｏｅｓ ｇ ｄｇ ａ ｄ ｗ ｇ ｎ ｉ ｌ ｏ ｖｒ ｒ ＶＱ ｔ
模 拟 到数 字变 换器 （ Ｄ ） 块 ， 而实 现 基 带处 理 Ａ Ｃ模 从
０ 引 言
元 。这种接 收机 的中频 （Ｆ， ｎｅｍ ｄ ｔ ｅｕ ｎ ｙ Ｉ ｉｔ ｅ ｉ ｅ￣ ｑ ｅ ｃ ） ｒ ａ
的数 字化— — 基带 数 字 化 方 案 ， 结 构 框 图 如 图 ２ 其
所示 。
基
带
处
理
举
图 １ 传 统 模 拟 接 收 机 结 构 框 图
单 元一 般需 要模 拟带 通滤 波器 、 压控 振荡 器 、 法器 乘
ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ ｅ ｓｌ ｈ ｏ ｇ ｓ ｇ Ｐ ｏ ｔ ｌ ａ ｉ ｔ ｒ ｕ ｈ ｕ ｉ ｃ，ｗ ｔ ｉ ｌ ｔｕ ｔｒ ｏ ｅ ｙ ｎ ｉ ｓｍｐ ｅ ｓ ｃｕ ｅ，ｅ ｓ ｅ ｌ ａ ｉｎ，ｈ ｇ ｃ ｕ ａ ｙ ｎ ｉ ｌ ｒ ｈ ｒ ａ ｙ ｒ ａｉ ｔ ｚ ｏ ｉｈ ａ ｃ ｒ ｃ ，ａ ｄ ｌ ｔ ｅ — ｔｅ
探讨中频数字接收机的设计与实现
甜技凰探讨中频数字接收机的设计与实现陈春霞(91982部队13分队，海南三亚572000)c}商要】中频数字接收杌是随着数字信号处理技术不断成熟的。
笔者研究了中频数字接牧机的设计方案，并进一步探计了数据采集、数字成形滤波以及控制器的实现，很好地实现了在节约成本基础上的性能完善。
p翱】中频数字接牧机；软件无线电；数据采集；成形滤波软件无线电作为未来无线通信的发展方向，世界各国都在进行深入的研究。
基本结构主要有三种：射频低通采样数字化结构、射频带通采样数字化结构和宽带中频采样数字化结构。
其中宽带中频数字化结构既降低了中频之前模拟滤波放大处理的难度，也使其较之传统的中频数字化缕收机具有更好的波形适应性，信号带宽灵活性及可扩展性。
1中频数字接收机的设计方案随着数字信号处理技术的发展，接收机设计经历了从模拟到数字的演变过程，并且因A D C器件水平的提高，数字化程度越来越来高。
如伺j哿模拟信号变换为数字信号变成了实聊超越以往接收机系统的关键之一圈l中颏数字化方案示意图经过下变频，将射频信号变换为中频l F信号，在宽带A D C前可用～个中心频率固定的高性能抗混叠滤波器滤除带外无用信号并可在中放级实现自动增益控制，获得最大信号增益，减轻带内信号过载的可能性。
同时，A D C后用数字滤波代替了模拟滤波，提高了系统的灵活性和滤波器的选錾i性。
而且，就系统的可编程性而言，宽带中频数字化接收机与射频数字化方案相当。
2中频数字接收机的实现2．1数据采集的实现为了能采样10M H z的中频信号，高速数据采集部分采样时钟选定为f s=40M H zo此外，带通采样有可能避开带外的谐波，杂散混叠到带内来，在设计过程中只要精心选择采样频率和l F频率就能避免，因此在系统设计时I F和F s的选取是关键。
本文选用了A N LO G D E—V I C E公司的A D6640021．1模拟输入电路一般A D变换器之前要用运算放大器来驱动。
主被动导引头数字中频接收机设计与实现
【 ｅ ｏｄ 】 Ｉ ｒ ｅ ｅ； ／ ； Ｓ Ｋ ｙｗ ｒｓ Ｆ ｅ ｉｒＡ Ｄ ＤＰ ｃｖ
Ｏ 引 言 …
在 现代 战争 中 ， 随着 战场环境 的 日益复 杂化 ， 单一 制导方 式 已经不 能很好 地满 足在 复杂 战场环 境下 具有 良好 的战术性 能 的要求 。单 纯采 用 主动或 单纯采 用被 动制导 都存 在 一定 的 缺 陷 ， 已经 不 适 应 现 实 的需 求 。 主动跟 踪适 用范 围广 、 信息 量大 ， 一旦受 到复 杂 电子 但
定律 ， 要求 采样 速率 至 少 是 ２× ０＝１０ＭＨ ， 用 现 ６ ２ ｚ使 有 的处理技 术 ， 是很 难 达 到 这样 的采 样 速率 的 。解 决 问题 的一个 好 办法 就 是带 通 采 样 定理 ， 通 采 样 定理 带 的意义 在于 ， 对于载 波 频 率几 十兆 甚 至 上百 兆 的中频
ｏ ｈｅ Ａｃ ｉｅ ｆｔ ｔｖ ／Ｐａ ｓｖ ｏ ｉ ｄａ ｓ ｉ ｅ Ｈ ｍ ｎｇ Ｒａ ｒ
Ｌ ｉ ， ａ ｇ ｐ ｎ ，ＢＩＣｈａ — ｉ ＩＨｕ 。 ＬＩＸｉｎ — ｉ ｇ ｏ ｈｕ ，Ｌ — ｕｎ。 ＩＹａ ｋ
（ ．Ｄ ｐ ｒ ｎ ｆ ｌｃ ｏ ｉ Ｅ ｇ ｅｒ ｇａｄＩｆｒ ｔ ｎｏ Ａ Ｉ Ｙ ｎ ｉ ６ ０ １ Ｃ ｉａ １ ｅ ａ ｍｅｔ ｅｔ ｎｃ ｎｉ ｅｉ ｎ ｎｏ ｉ ｆ Ｅ ， ｔ ｏＥ ｒ ｎ ｎ ｍａ ｏ Ｎ ａ ｔ ４ ０ ， ｈｎ ） ａ２ （ ．Ｇ ａ ｕ ｔ Ｓｕ ｅ ｔ ｅａ ｍ ｎ ｆ ａｔｉ ｎｖｒ ｔ， Ｙ ｎａ ２ ０ ０， ｈｎ ） ２ ｒｄ ａ ｔｄｎ ｐ ｒ ｅｔ ｎａ Ｕ ｉｅ ｉ ａ ｔ ６ ０ Ｃ ｉ ｅ Ｄ ｔ ｏＹ ｓｙ ｉ４ 带 Ａ Ｄ和 带通采 样技 术 ． ／
基于软件无线电的数字接收机的设计与实现
了抽样 点数 目，同时还 达到 降低信 号 中频 的 作用 ， 很大程 度上减少 了后续 数字信号 的处 理 负 担。这 些处 理降低 了系统对 ＡＤＣ 器件 的 性能要 求 ， 实际使用 中采用一 些通用芯片就 在
可以满足要求 。 由于采 用 了带 通采 样技 术 ，Ａ定理可知 ， 带通 下 ： 采 样率 ，应满 足下式 ： ｓ ｓ ［１ ｓｎ２＇／ ｌ ｃｓ／＝ｃｓ ｎ ／ ｉ ｎ ＝ ｉ［ｎ ｌＩ， ｏ［１ ｏ［ ＇ Ｎ】 ｎ ｎｖ ｒ ２ｎ 经 比较 ，软 件 无线 电宽带 中频带通 采样 其 中 ，ｎ是输 入 的 ＬｕＴ 的地址 ，Ｎ 是 结 构 与 目前 的 中 频 数 字化 接 收 机 的 结 构 类 ｓ ｓ Ｌ Ｔ的 采样 数 ，ｓ ｌ ］ 在点２ Ⅳ处的正 Ｕ ｉ ｎ是 ｎ 万 ／ 似 ，其 主要 区别是 前者 中频带 宽更宽 ，所有 ＋ｌ 弦值 ，ｃ ｓ ］ ｏ ｌ 是在点 Ｄ ｎ Ｎ处 的余弦值 。当 ｎ ｒ／ 的 调制解 调等 功能全 由软 件加 以实现 。 这种 厂， １ ｎ ０ Ｎ改变时 ， ＵＴ会输出一个完整的正 从 到 Ｌ 软件 无线 电结 构通过 相对 复杂 的射频 前端把 其 ｎ 满 １ ≤＃ Ｉ 中 要 足 ≤ ，昔 Ｉ 余弦值 。 考虑到正 弦信号 的对称性 ， 只存放 ｌ ／ 高频 信号 变换 为中心 频率适 中 、带 宽适 中的 式中 为带通 信号的最 高频率 ，‘为 带 ４的波形 ，其余 ３ 个象限的波形通过简单换算 宽带 中频信 号 ，给后续 的 Ａ／ Ｄ采样数 字化 减 ，【 表 完成 。如 果采样速率 刚好是数字 中频 的 ４倍 ， ． 轻 了负担 ， Ａ／ 设计大大 简化 ，且比常用 通信号的最低频率，Ｂ为信号带宽。 】 使 Ｄ 示取 不大 干括 号 内数 值 的整数 。 那 么乘以 正弦波就相 当于乘 以 ０ ｌ ０ 一ｌ ，，和 ， 的窄 带超外 差前 端更 为简单 ，是 较为 可行 的 ２数 字下变频 ） 乘 以余弦波就相 当于乘以 ｌ ０ 一 和 ０ ，， ｌ 。 基 于软 件无线 思想 的通 信系统 设 计方案 （ 如 通 过数 字 下变 频 （ ｇｉ ｌ Ｄｏ ｎ Ｄｉ ｔ ｗ ａ 图 ３。 ） Ｃ ｎ ｅｓ ｎ Ｄ ） ｏ ｖ ｒ ｏ ，Ｄ Ｃ 将采样后的载频信 号变换 ３伪码捕获与跟踪 ｉ 本系统 中 中频数 字接 收机 主 要完成 下述 即基带信号 ， 是数字 中频 处理 实现本 地伪 随机码 与接 收信 号的 同步是 功 能 ：中频 模拟 信 号 的高速 Ａ Ｄ 带通 采 样 、 成零 中频 信号 ， 数字 下变 频 、伪码 同步 、相干 载波提 取 和数 的 目的 。 由本地 ＮＣＯ、数 字混 频器 和低通 扩频 接收机 的关 键技 术。 伪码的 同步 可分为
软件无线电数字化中频接收机设计与实现的开题报告
软件无线电数字化中频接收机设计与实现的开题报告一、选题背景及意义随着数字信号处理技术的发展，软件定义无线电（Software Defined Radio, SDR）的概念被提出并得到了广泛应用。
现有的硬件无线电设备大多是采用硬件电路设计实现的，其功能和性能都由硬件电路决定，而且硬件电路的设计和实现较为复杂，调试和升级也比较困难。
采用软件无线电数字化中频接收机设计实现，可以将无线电接收机的一些功能和处理过程通过软件实现，从而降低了硬件的设计和开发难度，同时也可以实现更灵活的功能和更优秀的性能。
二、研究目的和研究内容本课题的研究目的是设计和实现一种基于软件无线电数字化中频接收机的无线电接收系统，主要包括以下内容：1.设计无线电数字化中频接收机的原理，包括信号采集、数字化、中频处理和信号解调等部分。
2.对无线电数字化中频接收机的主要模块进行设计和实现，包括RF 前端模块、基带数字化处理模块和信号解调模块。
3.进行实验验证和性能分析，对系统的灵敏度、动态范围、带宽等参数进行测试和分析。
三、研究方法和技术路线本课题的研究方法主要是基于软件无线电数字化中频接收机的设计和实现，主要技术路线如下：1.进行软件无线电数字化中频接收机的原理研究，包括信号采集、数字化、中频处理和信号解调等内容。
2.针对软件无线电数字化中频接收机的原理，进行系统的设计和实现，其中包括RF前端模块、基带数字化处理模块和信号解调模块等部分。
3.进行实验验证和性能分析，对系统的灵敏度、动态范围、带宽等参数进行测试和分析，从而得出系统性能的优缺点和现实应用的可行性。
四、预期成果和创新点本课题的预期成果是设计和实现一种基于软件无线电数字化中频接收机的无线电接收系统，主要创新点如下：1.采用软件无线电数字化中频接收机的设计方案，实现无线电接收机的灵活性和性能优化。
2.通过实验验证和性能分析，评估系统的性能和可行性，为软件无线电数字化中频接收机的应用提供理论和实践基础。
中频数字化接收机系统设计与实现
靳鹏飞 ， ： 等 中频 数 字 化 接 收 机 系 统 设 计 与 实 现
２７ ９３
不利 于后 端 数 据 的处 理 ， 此 应 选 用 合 适 的 采 样 因
频率 。
对 于频率 为 ７ ｚ 带 宽 ±１ Ｈｚ的 中频 信 ０ ＭＨ ， ０Ｍ
号， 根据 带 通 采样 定 律公 式 ， 率 分 布 在 频 带 （ ， 频
中频甚至射 频 ， 以便 将 接 收到 的模 拟 信 号尽 可 能早 地 数字化 ， 然后 用实 时高速 的 Ｄ Ｐ或 Ｆ Ｇ Ｓ Ｐ Ａ做 Ａ Ｃ Ｄ 后 的一系列处理 ， 无线 电系统 的各 种功 能 通过 软 使 件进行 定义 。数字 化之 后 的本 振 、 频 、 大 、 混 放 滤波 等都仅 仅是 数 字 运算 ， 会 产 生 谐 波 、 调 等 虚 假 不 互 信号 。与传 统 的模 拟 方 式 相 比软 件 无 线 电具 有 灵
活性 、 应性 和开 放性 等 特 点 ， 誉 为 无 线 电领 域 适 被
的又一 次革命 。 论述 的系统 中频为 ７ Ｈ ， ０Ｍ ｚ 信号频 谱分 布在 ６ ０
Ｍ 到 ８ Ｈｚ ０ＭＨｚ带 宽 为 ２ ｚ ， ０ ＭＨ 。着 重论 述 其 中几 个 关键 问题 的 基础 上 设 计 实 现 了一 个 可 实 际 应 用
心 单 元 ， 过 不 同 的软 件 配 置 实现 对 三路 频 分 多 址信 号 的解 调 。 通
关键河 中频数字化接收机 软件无线电 数字下 变频
中图法分类号 Ｔ ９ １７ ； Ｎ １ ．２ 文献标志码 Ａ
软件无 线 电的基本思 想就 是将 宽带 Ａ Ｃ 模 数 Ｄ （
转换 器 ） 尽可 能地靠 近 天 线 ， 即把 Ａ Ｃ从 基带 移 至 Ｄ
软件无线电数字中频系统的设计与实现
号数字化后的处理任务由现场可编程门阵列 （Field Programmable
Gate Array ， FPGA ） 来 完成 ； 在 发 射链 路 ，FPGA 处 理后 的 数 据
经 过 插 值 滤 波 、 数 字 上 变 频 ， 经 过 D/A 器 件 数 模 转 换 后 ， 输 出 模 拟 中 频 信 号 ，再 经 射 频 模 块 调 制 到 射 频 后 ，经 天 线 发 送 出去 。
2
系统设计关键技术
系统 硬 件平 台 主 要由 中 频 采样 模 数 转 换 、 中 频 输 出 数 模
转换以及核心处理器件 FPGA 3 部 分 组成 。 假 设 本系 统 带 宽 为 25 MHz ， 下 行 信 号 中 心 频 率 为 130~150 MHz ； 上 行 信 号 中 心频率为 85~105 MHz 。
软件无 线 电的 基 本 思想 是 将 模数 （A/D ）、 数 模 （D/A ） 变换 尽 可 能 的 靠 近 天 线 ，尽 量 减 少 模 拟 信 号 处 理 环 节 ，用 功 能 化 的 软 件来 完 成 尽可 能 多 的无 线 电 台功 能 ， 通 过软 件 更 新 改 变 硬 件配 置 结 构 ， 实 现 新 的功 能 ， 软 件无 线 电 采用 标 准 的 、 高 性 能的开放式总线结构 ，以利于硬件模块的不断升级和扩展 [1-2]。 数 字中 频 系 统是 负 责 连接 基 带 部分 和 射 频部 分 ， 是 整 个 软 件 无线电系统信号处理和控制的核心 。 本文设计了一种数字中 频信 号 处 理系 统 的 通用 硬 件 平台 ， 具 有 模块 化 、 开 放 性 、 可 扩 展性 等 特 点 ， 能 兼 容 不同 带 宽 、 不同 制 式 的信 号 ， 并 利 于 系 统 的后续升级 ， 符合未来无线通信的需求 。
中频数字接收机的设计
ＹＵ ｏ， ＨＡＯ ｈ ｎ — ａ ， ＡＮＧ ｎ ｔ Ｚ ３ Ｚ ｏ ｇ ｋ ｉＷ Ｄａ
（ ｃＯｌ ｆ ｎＯ ａ。 ｎ 、Ｔ ｎ ａ。 ｎｉｅｒ ｇ Ｈａｂ ｎｉｅｒ ｇＵｎｖ ｉ ， ｒｉ ５ ０ １Ｃ ｉａ Ｓ ｈ０ 。 ｆｍ１ｉｎａｄ（ ｌｍｕ ｉ ｔ ｎＥ ｇｎｅｉ ， ｒｉ Ｅ ｇ ｅｉ ｉ ｔ Ｈａｂ １０ ０ ， ｈｎ） Ｉ ｔ ０】 ｃｉ ｎ ｎ ｎ ｎ ｙ ｎ
ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｐ ｅ ｆｔ ｉ ｓ ｓ ｅ ｗｉｈ ｈ ｇ ｎ ｅ ｒ ｔ ｎ，ｇ ｏ ｅ ｉ ｉ ｔ ｎ ｌｘ ｂ ｌ ｙ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ｓ ｅ ｄ ｏ ｈ ｓ ｙ ｔｍ ｔ ｉｈ ｉ ｔ ｇ ａ ｉ ｏ ｏ ｄ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｆ ｉ ｉ ｔ ．Ｓ ｔｔｘ ｅ ｓ ｓ ｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｉ ｅ ｉ ｏ ｉ ｘ ｓ ｓｅ ｅｅ ｅ ｃ ｓ ｖ ｌ ｅ ｉ ａ ｉｕ ｐ ｌ ａ ｉ ｎ ． ａ ｕ ｖ ｒ ｓａ ｐ ｉ ｔ ｓ ｎ ｏ ｃ ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｉ ｉ ｌｒ ｃ ｉ ｅ ； ｆｗａ ｅ ｒ ｄ ｏ ｉ ｅ ｎ ｅ ｅ ｉｔ ｒ ｑ ｅ ｃ ｙ ｒ ｓ ｄ ｇ ｔ ｅ ｅｖ ｒ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ；ｆ ｄ ｉ ｔ ｒ ｄ ａ ｅ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ａ ｏ ｘ ｍ
ａ ｄ ｍｅｈ ｄ ａｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ｎ ｃ ｎｕ ｃｉｎ ｗｉ ｈ ｈ ｏ ｙ ａ ｄ ｍｅｈ ｆｓ ｆｗａｅ ｒｄｏ ｎ ｔ ｏ ｒ ｎ ｒ ｃ ｄ ｉ ｏ ｊ ｎ ｔ ｔ ｔ ｅ ｔｅ ｒ ｎ ｔ ｏ ｏ ｏ ｔ ｒ ａ ｉ．Ｔｈ ｏ ｃｅｅ ｉ ｌ— ｄ ｏ ｈ ｄ ｅ ｃ ｎ ｒｔ ｍｐｅ
于 固定 中频数 字下变频 的中频数 字化接 收机 ， 最 并且 终能够用硬件 实 现其 基本 功能 ． 本设 计 首先 ， 出一 提 种对 固定 中频进 行数字下变频 的实现方法 ， 通过 简要
（ ｃＯｌ ｆ ｎＯ ａ。 ｎ 、Ｔ ｎ ａ。 ｎｉｅｒ ｇ Ｈａｂ ｎｉｅｒ ｇＵｎｖ ｉ ， ｒｉ ５ ０ １Ｃ ｉａ Ｓ ｈ０ 。 ｆｍ１ｉｎａｄ（ ｌｍｕ ｉ ｔ ｎＥ ｇｎｅｉ ， ｒｉ Ｅ ｇ ｅｉ ｉ ｔ Ｈａｂ １０ ０ ， ｈｎ） Ｉ ｔ ０】 ｃｉ ｎ ｎ ｎ ｎ ｙ ｎ
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于 固定 中频数 字下变频 的中频数 字化接 收机 ， 最 并且 终能够用硬件 实 现其 基本 功能 ． 本设 计 首先 ， 出一 提 种对 固定 中频进 行数字下变频 的实现方法 ， 通过 简要
一种TD-SCDMA中频数字接收机设计
ｄ ｔ ａ ｄ ａ ａ ｎ ＦＰ ＧＡ ｉ ｕ ｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｅ ｉ ｉ ａ ｄ ｗｎ ｏ ｖ ｒ ｉ ｎ ｎ ｔ ｅ ｓ ｓ ｄ ｏ ｅ ｌ ｚ ｄ ｇ ｔ ｌ ｏ ｃ ｎ ｅ ｓ ｏ ａ ｄ ｈ ＤＳ ｉ ｅ ｔ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｉ ｎ ｌ ｐ ｏ ｅ ｓ ｎ ａ ｇ ｒ ｔ ｍ ． ｈ ｃ ｅ ｅ Ｐ ｓ ｕｓ ｄ ｏ ａ ｌ ｔ ｓ ｇ ａ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ｌ ｏ ｉｈ Ｔ ｅ ｓｈ ｍ ｏ ｓ ｓ ｅ ｒ ａ ｉａ ｉ ｎ ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ ｎ ｔ ｅ ｅ ｉ ｎ ｆ ｖ ｒ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｉ ｃ ｉ ｉ ｅ ｃ ｉ ｅ ｉ ｄ ｔ ｉ ． ｈｅ ａ ｐｉ ａ ｉ ｎ ｆ Ｐ Ａ ｆ ｙ ｔ ｍ ｅ ｚ ｔ ｏ ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ａ ｄ ｈ ｄ ｓ ｇ ｏ ｅ ｅ ｙ ａ ｄ ｒ ｃ ｒ ｕ ｔ ｓ ｄ ｓ ｒ ｂ ｄ ｎ ｅ ａ ｌ Ｔ ｐ ｌｃ ｉｏ ｏ Ｆ Ｇ ｍａ ｅ ｔ ｅ ｌ ｋｓ ｈ
＝
在其中的一个频带（ ＋））ｎ＝０ ，…） 枷 １ （ ，２ 上 ｌ
存 在信号 ， 而不允许 在不 同的频 带上同时存在 信 号 ， 则将 会 引起信 号混 叠 。 否 １ ２软 件无 线 电框 架 ． 软件无 线电采 用一个通 用硬件平 台 ， 对 无 线 电信号 进 行 接 收 、 采样 、 波 和 下变 滤 频 ， 完成 后 续 的解 调 、 道均 衡 、 并 信 自动 增益 控 制 、 扩 、 道 解 码 、 源 解码 等信 号处 解 信 信 理 工作 。 因此 ， 件 无线 电框 架 可以 用 图ｌ 软 所 示框架表示 。 图 １ 示 的 软 件 无 线 电框 架 由射 频 处 所 理 、 带Ａ／ Ｄ Ａ 换 以 及Ｄ Ｐ 理 ｉ ｅ ｅ Ｔｅｃｈ ｏｇｙ ｎｎｏｖ ｉ ｎ ｒ ｄ ｎｄ ｎｏｌ Ｉ ａｔ ｏ Ｈｅ ａｌ
＝
在其中的一个频带（ ＋））ｎ＝０ ，…） 枷 １ （ ，２ 上 ｌ
存 在信号 ， 而不允许 在不 同的频 带上同时存在 信 号 ， 则将 会 引起信 号混 叠 。 否 １ ２软 件无 线 电框 架 ． 软件无 线电采 用一个通 用硬件平 台 ， 对 无 线 电信号 进 行 接 收 、 采样 、 波 和 下变 滤 频 ， 完成 后 续 的解 调 、 道均 衡 、 并 信 自动 增益 控 制 、 扩 、 道 解 码 、 源 解码 等信 号处 解 信 信 理 工作 。 因此 ， 件 无线 电框 架 可以 用 图ｌ 软 所 示框架表示 。 图 １ 示 的 软 件 无 线 电框 架 由射 频 处 所 理 、 带Ａ／ Ｄ Ａ 换 以 及Ｄ Ｐ 理 ｉ ｅ ｅ Ｔｅｃｈ ｏｇｙ ｎｎｏｖ ｉ ｎ ｒ ｄ ｎｄ ｎｏｌ Ｉ ａｔ ｏ Ｈｅ ａｌ
中频数字正交解调接收机的研究及实现
性由滤波器通带波纹大小决定; 过渡带宽度和阻带衰减决定了
带外噪声的抑制度。可见由此方法设计的数字滤波器得到的 I、
Q 两路基带信号的幅度一致性和相位正交性很好, 可以达到很
高的精度。在文献中详细分析了窗函数法和频率采样法,其主要
缺陷是在满足一定的阻带衰减要求时,滤波器的阶数需要很大,
从而加大了滤波器的实现成本, 从而可见切比雪夫等波纹逼近
滤波器设计的最优性。
(a)
(b)
图 4 切比雪夫等波纹逼近 FIR 滤波器波形和幅度特性
由图 4(a)可知,此方法可以精确控制通带边界频率 与阻
带边界频率 ,而且随着滤波器阶数的增加阻带衰减增加,过渡
带的宽度和通带波纹的大小是减小的, 从而可以有效抑制带外
噪声和保证幅度一致。正交解调后的 I、Q 基带信号的幅度一致
宽。一般,模拟信号进行数字采样实质就是其频率沿着频率轴以
fs 为周期进行延拓。假设 fc=B,取 M=1,其频谱示意如图 2 所示,
从图中看出,只要满足
,信号频谱就不会发生混叠。
图 2 数字信号频谱周期采样化
3 低通滤波数字正交解调
低通滤波数字正交解调的原理框图如图 3 所示, 经过数字 混频和数字滤波处理后得到的同相和正交两路基带信号, 形成
在数字接收系统中, 数字滤波器的设计是数字正交解调的 核心。本文中使用 FIR 数字滤波器以保证正交解调中 I、Q 信号 的相位正交,FIR 滤波器设计的方法有很多,包括窗函数法、频率 采样法、切比雪夫等波纹逼近的设计法和均方误差最小化准则 设计法等。这里主要比较了应用均方误差最小化准则设计法和 切比雪夫等波纹逼近设计法, 分析两种设计法对 I、Q 基带信号 幅相误差的影响,从而得出一种最优设计法。
接收机中频数字化处理设计
一
根据 Ｎ ｙ ｑ ｕ ｉ ｓ ｔ 带通采样定理 ， 采样 速率在满足大于信号带宽 （ Ｂ ＝ ） 两倍 的情况下 ， 选取远远低于信号最 高频率 的两倍 速率就能正确 地 反映带通 信号 的特性 日 ． 与低 通采样相 比 ． 带通 采样降低 了采样 速 率． 极大地减小 了后续数字信号处理负担。 由带通采样定理可知 ．带通采样率 ｆ ｓ 满足下式 即可实 现无混叠 采样 ： ／ （ ｎ ＋ １ ） ≤ ≤ ／ ｎ ， １ －ｎ ＜ －ｌ ＜ ￣ Ｉ ｆ ， ／ Ｂ ］ （ １ ） ［ ・ ］ 表示取不 大于括号内数值的整数 。不难看 出， 式（ １ ） 将采样 频率划分成若干个区间 ， 并且 由 ｎ 值确定 。 ｎ 值越小 ． 频率区间范 围越 大， 也就是说对输入信号频 率或采样频率偏差 的要求越小。 并且随着 １ １ 值 的下降 ， 采样频率会越高 ， 量化信 号的频谱重复 间距越 大 ， 对抗 混叠 滤波器带外能量抑制特性要求降低 ： 在设计 时应 当根据系统 电路结构 和应用场合折衷确定 ｎ 的取值 ２ ． ２ 数字下变频 （ Ｄ ＤＣ 、 由于数字信号处理 的速度有 限 ． 往往难 以对 Ａ Ｄ Ｃ采样得到 的高 速率数字中频信号直接 进行各种类别 的实时处理 为 了解 决这个 问 题． 需要采用数字下 变频技术 ． 将采样 得到的高速率数 字中频信号 变 成低 速率基带信号 ， 以便进行下一步的信号处理 。 数 字下变频功能包 括数 字正交混频 、 低通滤波和数字重采样 ， 如图 ４ 所示 。
软件无线电接收机的基本思想 是数据采 集环 节尽可能靠近天线 。 中频和射频级的接收信号直接数字化 ． 将 由模 拟器件实现部分信号前 端处理 （ 例如信道切换 、 下变频 、 滤波 、 解调等） 转换为 由可编程数字处 理芯片实现 ． 通过将不 同的数字处理模块下载到芯片 即可灵活切换信 道接人方式 ， 接收来 自不 同发射系统的信号【 １ ］ 。 目前软件无线 电接收机 的实现集中在数字化 的基 础上 。 本文 运用软件无线 电理论 ． 结合 目前 可实现 的中频软件无线 电接收机 ． 给 出了一种可行 的接 收机 中频 数字 化处理结 构 ． 并系统 阐述 了相关 的数字信号处理技术 。
根据 Ｎ ｙ ｑ ｕ ｉ ｓ ｔ 带通采样定理 ， 采样 速率在满足大于信号带宽 （ Ｂ ＝ ） 两倍 的情况下 ， 选取远远低于信号最 高频率 的两倍 速率就能正确 地 反映带通 信号 的特性 日 ． 与低 通采样相 比 ． 带通 采样降低 了采样 速 率． 极大地减小 了后续数字信号处理负担。 由带通采样定理可知 ．带通采样率 ｆ ｓ 满足下式 即可实 现无混叠 采样 ： ／ （ ｎ ＋ １ ） ≤ ≤ ／ ｎ ， １ －ｎ ＜ －ｌ ＜ ￣ Ｉ ｆ ， ／ Ｂ ］ （ １ ） ［ ・ ］ 表示取不 大于括号内数值的整数 。不难看 出， 式（ １ ） 将采样 频率划分成若干个区间 ， 并且 由 ｎ 值确定 。 ｎ 值越小 ． 频率区间范 围越 大， 也就是说对输入信号频 率或采样频率偏差 的要求越小。 并且随着 １ １ 值 的下降 ， 采样频率会越高 ， 量化信 号的频谱重复 间距越 大 ， 对抗 混叠 滤波器带外能量抑制特性要求降低 ： 在设计 时应 当根据系统 电路结构 和应用场合折衷确定 ｎ 的取值 ２ ． ２ 数字下变频 （ Ｄ ＤＣ 、 由于数字信号处理 的速度有 限 ． 往往难 以对 Ａ Ｄ Ｃ采样得到 的高 速率数字中频信号直接 进行各种类别 的实时处理 为 了解 决这个 问 题． 需要采用数字下 变频技术 ． 将采样 得到的高速率数 字中频信号 变 成低 速率基带信号 ， 以便进行下一步的信号处理 。 数 字下变频功能包 括数 字正交混频 、 低通滤波和数字重采样 ， 如图 ４ 所示 。
软件无线电接收机的基本思想 是数据采 集环 节尽可能靠近天线 。 中频和射频级的接收信号直接数字化 ． 将 由模 拟器件实现部分信号前 端处理 （ 例如信道切换 、 下变频 、 滤波 、 解调等） 转换为 由可编程数字处 理芯片实现 ． 通过将不 同的数字处理模块下载到芯片 即可灵活切换信 道接人方式 ， 接收来 自不 同发射系统的信号【 １ ］ 。 目前软件无线 电接收机 的实现集中在数字化 的基 础上 。 本文 运用软件无线 电理论 ． 结合 目前 可实现 的中频软件无线 电接收机 ． 给 出了一种可行 的接 收机 中频 数字 化处理结 构 ． 并系统 阐述 了相关 的数字信号处理技术 。
基于DSP和FPGA的中频数字接收机的设计
式中：
为采 样 频 率 ； ０为 带 通 信 号 的 中心 频 ｆ
ｌ 引 言
传统 的接 收 机 采 用 超 外差 方 式 混 频 到 基 带
率 ； 取大 于 １的整数 。 上式选 定 采样频 率 ， Ｍ 用 可
以保 证信 号 的有用频 谱 不产生 混 叠 ， 从而 得 到正
确 的 ＩＱ信号 。 ／ 经过 Ａ／ Ｄ变换 后形 成 的数字信 号 Ｘ（ ， ＮＣ 数 控 振 荡 器 ）产 生 的 正 交 信 号 ） 与 Ｏ（
Ａ ｂ ｔａ ｔ Ｔ ｈｓ ｐａ ｒｉ ｒ ｓｒ ｃ ： ｉ ｐｅ ｎｔｏｄｕ ｅ ｈｅ ｔ ｏｒ ｄ ｄｅ ｉ ｅ ｈｏ ｉ ｉａ ｉ ｅ ｍ ｅ ａ ｅ ｆ ｅ ｕｅ ｙ ｒ ｃ ｉ ｒ ａ ｄ ａ ｅ ｃ ｓ ｔ ｈｅ ｙ ａｎ ｓｇｎ ｍ ｔ ｄ ｏｆｄ ｇ ｔ ｌ ｎｔ ｒ ｄｉｔ ｒ ｑ ｎｃ ｅ ｅｖｅ ． ｎ ｂ ｓ ｄ ｏｎ ｈｉ ｐ ｅ ｇｈ ｓ ｅ ｄ ＤＳＰ ｎｄ ＦＰＧＡ ｓａ ｉ ｈ ｈ ｒ ｗ ａ ｅ ｐｒ ｅ ｓ ｐｌｔｏｒ ． Ｔ ｈ ｙｓ ｅ ’ ｃ ｅ ｉ ｏｆｗａｒ ｎｄ ｐ ｉ ｓｔ ａ ｒ ａ ｅ ｔｂｌｓ ａ ｄ ｒ ｏｃ ｓ ａ ｆ ｍ ｅ ｓ ｔｍ Ｓ ｏｒ ｓ ｓ ｔ ｅ ａ ａ ｐｌｅ Ｏ ａ ｒ ｄａ
一
．
（）ｏ （ ｏ＋ （） ， ｔｃｓＷ ｔ ） 当以时 间间隔 一 １ 采样 ／ 后， 一 （Ｍ一 １７ ２ 一般 Ｍ 取为 １ ２ ）／ ， ｒ 或者 ２若 ，
取 Ｍ 一 １则 ： ，
（ ｒ ）一 Ｊ ７ ｃ ｓ， ／ ］一 Ｑ（ ｓ ［ ２ ， （ ）ｏ ［ ｒ２ ２ ￣ ）ｉ ， ］一 ｎ ￣／
ｃ ｓபைடு நூலகம்。 ）和 ｓ （ 。 到 数 字 混 频 器 。 混 频 后 ｏ（ ７ ２ ｉ Ｗ ） ｎ 经
接收机中频数字化模块设计
７ Ｍ Ｈｚ ０ ，但 由 于 信 号 带 宽 为 ０ ５５ Ｈｚ ． －Ｍ ，故 可 以 采 用 欠 采 样 而 不 损 失 信 息 量 。 本 方 案 中 采 用 ５ Ｍ Ｈｚ Ｏ
的采 用率 。
模 主 Ｉ 叫 ｔ ｉ丝二■ 拟 Ｉ Ｊ 生 ３ ｉ Ｌ． 皇 ｉ 童 中顿
取通 过 数 字 信 号 处 理 器 （ Ｐ） ＴＭ ｓ ２ ＶＣ５ ０ ＤＳ ３Ｏ ４９
图 １ 数字接收机构成 如 图 １所 示 ，来 自天 线 的 射 频 信 号 经 带 通 滤 波
器 选 出 需 要 的 工 作 频 道 信 号 １ ８ ． Ｍ Ｈｚ 同 时 抑 ６ ７５ ，
实 现 。５ ０ ４ ９的程序 通 过 Ｆ ＡＳ 存储 器 ２ Ｌ ０ Ｂ Ｌ Ｈ ９ Ｖ８ ０
器 ＨＳ ０ Ｐ５ １ ０进 行 数 字 下 变 频 ，下 变 频 之 后 的 数 据 １
１ 数 字 接 收 机 总体 设 计
由两路 １ Ｏ位 并 行 总 线 输 入 到 数 字 科 斯 塔 斯 锁 相 环
ＨＳ ５ ２ ０ ５ １ ０ 的 同 步 信 号 由 ５ ２ ０ 给 出 。 Ｐ ０１， ０１ ０１ ５ １ ０和 ５ ２ ０的初始 设 置 、监 控 和某 些 参数 的读 ０１ ０１
ｓ ｔｉ ｄ ｃ ｎ ｒｌｉｇ ｏ ｉｉ ｌ ｉｎ ｌｐｏ ｅ ｓ ｒ ｅｔ ａ ｏ ｔｏｌ ｆ ｄｇ ｔ ｇ ａ ｒ ｃ ｓｏ ．Ｔｈｓｓ ｓｅ ｃ ｎ ｂ ｓ ｄｉ ａｅｌ ｅｄｇｔｌ ｅ ｅｖ ｒ Ｉ ｉ ａｓ ｒｖｄ ｄａ ｇ ｎ ｎ ｎ ａ ａｓ ｉ ｙ ｔｍ ａ ｅｕ ｅ ｓ ｔｌｔ ｉｉａ ｃ ｉｅ． ｔ ｓ ｌｏｐ ｏ ｉｅ ｓａ ｎ ｉ ｒ ｃ ｍｍｏ ｏｕ ｉｎ ｏ ｉｉ ｚｎ ｉｔｒ ｅ ｉｔ ｒｑ ｅ ｃ ｆｒ ｃ ｉｅ． ｏ ｎ ｓ ｌ ｔ ｆｄｇｔ ｉ ｎ ｅ ｏ ｉ ｇ ｍ ｄａ ｅｆｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ｅｅｖ ｒ
的采 用率 。
模 主 Ｉ 叫 ｔ ｉ丝二■ 拟 Ｉ Ｊ 生 ３ ｉ Ｌ． 皇 ｉ 童 中顿
取通 过 数 字 信 号 处 理 器 （ Ｐ） ＴＭ ｓ ２ ＶＣ５ ０ ＤＳ ３Ｏ ４９
图 １ 数字接收机构成 如 图 １所 示 ，来 自天 线 的 射 频 信 号 经 带 通 滤 波
器 选 出 需 要 的 工 作 频 道 信 号 １ ８ ． Ｍ Ｈｚ 同 时 抑 ６ ７５ ，
实 现 。５ ０ ４ ９的程序 通 过 Ｆ ＡＳ 存储 器 ２ Ｌ ０ Ｂ Ｌ Ｈ ９ Ｖ８ ０
器 ＨＳ ０ Ｐ５ １ ０进 行 数 字 下 变 频 ，下 变 频 之 后 的 数 据 １
１ 数 字 接 收 机 总体 设 计
由两路 １ Ｏ位 并 行 总 线 输 入 到 数 字 科 斯 塔 斯 锁 相 环
ＨＳ ５ ２ ０ ５ １ ０ 的 同 步 信 号 由 ５ ２ ０ 给 出 。 Ｐ ０１， ０１ ０１ ５ １ ０和 ５ ２ ０的初始 设 置 、监 控 和某 些 参数 的读 ０１ ０１
ｓ ｔｉ ｄ ｃ ｎ ｒｌｉｇ ｏ ｉｉ ｌ ｉｎ ｌｐｏ ｅ ｓ ｒ ｅｔ ａ ｏ ｔｏｌ ｆ ｄｇ ｔ ｇ ａ ｒ ｃ ｓｏ ．Ｔｈｓｓ ｓｅ ｃ ｎ ｂ ｓ ｄｉ ａｅｌ ｅｄｇｔｌ ｅ ｅｖ ｒ Ｉ ｉ ａｓ ｒｖｄ ｄａ ｇ ｎ ｎ ｎ ａ ａｓ ｉ ｙ ｔｍ ａ ｅｕ ｅ ｓ ｔｌｔ ｉｉａ ｃ ｉｅ． ｔ ｓ ｌｏｐ ｏ ｉｅ ｓａ ｎ ｉ ｒ ｃ ｍｍｏ ｏｕ ｉｎ ｏ ｉｉ ｚｎ ｉｔｒ ｅ ｉｔ ｒｑ ｅ ｃ ｆｒ ｃ ｉｅ． ｏ ｎ ｓ ｌ ｔ ｆｄｇｔ ｉ ｎ ｅ ｏ ｉ ｇ ｍ ｄａ ｅｆｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ｅｅｖ ｒ
一种数字化中频接收机的与实现
软件无线电（Software Radio ）的概念自上世纪末提出以来，最近几年取得了引人注目的进展。
数字化中频接收机是软件无线电的重要部分。
软件无线电的主要原理是将数字化推向前端，即是把模数/数模转换器（ADC/DAC ）尽量放在射频端，这是数字化接收机的发展方向，也是软件无线电的理想实现方法。
早期的数字化接收机受ADC 发展水平的限制，采用正交双通道零中频的实现方案，即将射频通过变频变换到零中频（基带），正交解调得到模拟的正交信号之后再进行数字化。
该方案的频率变换主要都在模拟部分实现，数字化较少，不是真正意义上的数字化接收机。
而且，此方案实现起来设备量较大，方案中的正交混频器是模拟器件，得到的正交I ，Q 信号也难以保证幅相正交的精度[1]。
目前比较成熟的数字化接收机理论和实现方案是中频数字化接收机，即将射频信号经一次或二次下变频后，在中频（或高中频）直接采样，再数字下变频到基带，得到正交I ，Q 信号。
软件无线电技术的迅猛发展，使其在航天测控领域的应用成为了可能。
在我国当前的C 频段微波统一测控系统中，中频接收机主要由模拟电路构成，这种结构已经逐渐不能达到测控系统的精度要求。
数字化已经成为中频接收机的必然发展趋势，关于这方面的研究，已经开展了很多[2-6]。
文中设计了一种数字化中频接收机，该方案采用软件无线电思想，并给出了采用FPGA 和DSP 实现该接收机的方法。
1系统工作原理软件无线电的目标和思路是在标准化、完全可编程的硬件平台上，用不同的软件适应通信、测控等业务的各种体制，并实现尽可能多的无线功能，其原理框图如图1所示。
在理想的软件无线电中，系统的所有功能都在一个通用的处理器上用软件实现，原则上允许同一硬件平台支持任何物理层和更高的协议层。
文中所设计的数字化中频接收机的应用了软件无线电的设计思路，在中频70MHz 上进行带通采样。
输入的信号有和路和差路，其中和路信号包含有测距、遥测等信息，而差路信号则含有角误差信息。
基于GC4016的SDR数字中频接收机滤波器的设计与实现
同时 ， 对射频信号接收要满足邻信道抑制 ： ８ ≥１
ｄ ＠偏移 １０ｋ ｚ ｔ６ Ｂ Ｂ ３ Ｈ ； ０ ｄ ＠偏 移 ４ ０ｋ ｚ 阻塞 干 ＞ ０ Ｈ ；
在 Ｓ Ｒ（ 件定 义无线 电 ， Ｄ 软 简称 软件 无 线 电 ） 设
２ Ｓ ＤＲ接 收 信 道 指标 要 求
Ｇ ４ １ 片是可 编程 的 ， Ｃ ０ ６芯 因此可 以满足 多种应 用需 求 。在 Ｓ Ｒ某频 段应用 中 ， 射 频和基 带 的指 Ｄ 从 标要 求 ， 多速率处 理主 要满足 以下几 个方 面 ： 输入采 样率 ：１４ ｚ ６ ．４ ＭＨ ；
关 系出发 ， 结合 Ｇ ａｅ ｉ 司生产 的 多通 道数 字 下 变频 器 Ｇ ４ １ ｒｙｈｐ公 Ｃ ０ ６芯 片 ， 出 了 中频 数 字滤 波 器 的 给 设计 方法 ， 理论 上进行 了分析和仿 真 ， 从 并在 实际 工程 中进 行 了 实验验 证 ， 到 了预 期 的结果 。 得 关键 词 ： 件无 线 电 ； 字下变频 器 ； 软 数 中频接 收 机 ； 滤波 器设 计
中图分类号 ：Ｎ １ Ｔ ７３ 文献标 识码 ： Ａ
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｒｅ ｌｚ ｔｏ ｆ ｔ ｅ Ｆｉ ｅ ｏ ＤＲ ｇ ｔ ｌ ｓｇ ｎ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｌ ｒ ｆ ｒ Ｓ ｔ Ｄｉ ｉａ Ｉ ｔ ｒ ｅ ｉ ｔ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｒｅ ｅ ｖ ｒ Ｂａ ｅ ｎ ＧＣ４ ｎ ｅ ｍ ｄ ａ ｅ Ｆｒ ｑ ｅ ｃ ｃ ｉ ｅ ｓ ｄ ｏ ０１ ６
ａｄＩ ． ｈ ｎａ ａ ｓ ａ ｅａ ｄｓ ｌ ｏ ｅ ｏ ｅ ．Ｆｎ ｌ ， ｉ ｍｅ ｏ ａｉ ｔ ｒｊｃ ａ ｄ ｎ Ｔ ｅ ｎｌ ｉ ｉｍ ｄ ｎ ｉ ａ ｎｉｐ ｒ ｒ ｄ ｉａｙ ｔ ｓ ｔ ｄｉ ｖｌ ａｅ ｉ ｐｏ ｔ ｎ Ｆ ｙ ｓｓ ｍｕ ｔ ｓ ｆｍ ｉ ｌ ｈ ｈ ｓ ｄ ｄｎ ｅ
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与传统的各信道由模拟滤波器进行信道分离后 分别再由窄带 ADC 进行模 /数变换完全不同 ,射频 信号经模拟下变频 (DDC )至中频 IF,宽带 ADC 对
包含多个信道的整个工作频段在中频进行模 /数变 换 ,再利用可编程数字调谐器组进行信道分离。 DSP与传统的模拟技术相比 ,不仅使系统的性能有 很大提高 ,也为系统的实现提供了更高的灵活性和 稳定性 ,从而更有效地用于不同传输带宽的通信系 统 。随着制造工艺的提高 ,尤其是 CMOS工艺及运 算速度更快功能更强大的 DSP的出现 ,使得数字信 号处理的功能有了很大提高 ,因此数字中频成为可 能 。DSP对数字信号的处理能力已由基带处理发展 到中频处理 ,它可以实现调谐 、中频滤波 、信号选择 以及上 、下变频等 。随着 ADC器件水平的提高 ,模 / 数变换部分逐渐向信道前端推移 ,而利用 DSP完成 软件无线电中从中频到基带的整个信号处理部分 , ADC器件和 DSP的中频处理能力使得数字中频滤 波成为软件无线电中信号处理的关键技术 [ 2 ] 。
D esign and Rea liza tion of a D ig ita l - In term ed ia te Frequency Rece iver
X IAO qian - you1 , HUAN G x iao - ge1 , LUO zh i - m in2
(1. Electronic Engineering School, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China; 2. CDMA Department, ZTE Co. , L td. , Shenzhen 518004, China)
1 数字中频的原理 、模型以及特点
软件无线电的概念是在 1992 年的全美远程系 统会议上由 J. M itola 等人率先提出的 [ 1 ] 。其定义 为 :软件无线电基于一个硬件平台 ,其 A /D (模 /数 ) 变换应尽量靠近天线 ,而将尽可能多的无线通信功 能用软件来实现 。软件无线电是个开放结构 ,代表 一个软件可重构的无线电体系 ,它的可重构性主要 体现在其射频 (RF) 、中频 ( IF)以及基带信号处理可 以通过软件编程来控制和实现 。其硬件平台可以在 经过 ADC变成数字信号后用可编程的数字信号处 理 (DSP)芯片或可重构专用功能信号处理器来实 现。
= 1、2 时 , Q、P 的解析表达式 。对于特定的应用场
合 ,只要将实际的信号带宽带入公式 , 就可计算出
Q、P,进而得到 A。
当 n =1时 :
Q1 = sin b + b
P1 = - sin ( b /2) 当 n = 2时 :
sin ( b) + b
- sin ( b) - 1 /2 - sin (2b)
Abstract:An app roach for designing digital - intermediate frequency ( IF) receiver is introduced, the p rin2 cip le analysis and deduction of all parts of the receiver are perform ed including design of available - band filter, Analog - to - D igital Converter (ADC) , digital orthogonal transform s based on digital polyphase fil2 ter, decimation filter, baseband signal p rocessing unit. Finally parameters of the receiver are obtained. Key words: digital - intermediate frequency receiver; polyphase filter; digital orthogonal transform; deci2 mation filter; software defined radio ( SDR )
yk = xk - j[ a1 ( xk +1 - xk - 1 ) + a2 ( xk +3 - xk - 3 ) +
… + an ( xk +2n - 1 - xk - 2n +1 )
(1)
下面将在最小方差准则下推导滤波器系数 。对
式 (1)两边进行傅里叶变换 ,得到滤波器的传递函 数为
n
∑ H (ω) = 1 + 2 ai sin ( 2 i - 1)ω ( 2) i =1
3 收稿日期 : 2005 - 07 - 05; 修回日期 : 2005 - 10 - 09
·123·
电讯技术 2006 年第 4 期
数字中频接收机 (D IFR )是对中频信号直接采 样 ,然后在数字部分实现数字下变频 、码速变换 、信 道化 、时钟恢复 、解调 、解扩等功能 ,可利用数字下变 频近乎完美的正交性以及数字电路软件可编程的灵 活性 。数字中频有以下几方面优点 :第一 ,数字下变 频几乎可以做到绝对正交 ;第二 ,利用数字滤波器实 现通道选频 ,其特性可现场编程 ,因此 ,适用于接收 和处理多载波 、多模式信号 ,解决它们之间的互通互 连问题 ;第三 ,电路元件的一致性性好 ,可消除温漂 和非线性失真问题 。
电讯技术 2006 年第 4 期 文章编号 : 1001 - 893X (2006) 04 - 0123 - 05
研究与开发 RESEARCH & D EVELO PM ENT
一种数字中频接收机的设计与实现 3
肖乾友 1 , 黄晓革 1 , 骆志敏 2
(1. 电子科技大学 电子工程学院 , 成都 610054 ; 2. 中兴通讯 CDMA 事业部 , 广东 深圳 518004)
摘 要 :介绍了一种数字中频接收机的设计 ,对接收机的各个组成部分进行了原理分析和推导 ,包括 可变带宽滤波器 、ADC、基于多相滤波器的数字正交变换 、抽取滤波器设计 、基带信号处理单元设计 , 得出样机的各样性能参数 。 关键词 :数字中频接收机 ; 多相滤波器 ; 数字正交变换 ; 抽取滤波器 ;软件无线电 中图分类号 : TN85 文献标识码 : A
个脉冲对消器 [ 2 ] ,原理如图 2 所示 。引入一个时间 变化量 δt ,Δt1 =Δt +δt ,Δt1 是实际采样时间 ,Δt是 理想采样时间 。假设滤波器通带内纹波可以忽略不 计 ,二次对消后相位不稳定限制的改善因子为
2 I =Δφ2
=
(
2 2π·foδt )
2
=
2π2
1 f
2δ2
ot
= 2π2
当不满足 fs = 4fc / ( 4m + 1 ) 时 , 设 fs = 4fc / ( 4m + 1 - 2δ/π) ,则延拓后正频带中心为 π /2 - δ+ 2πi , 而负频率中心位于 - π /2 +δ+ 2πi ,频谱分布不再 均匀 ,相邻频谱之间的最小距离为 π - 2δ。由于相 邻频带之间的过渡区域减小了 ,所以滤波器设计的 难度也增加了 。为了解决这个问题 ,最简单的方法 是先按照前面的方法设计一个过渡滤波器 ,滤波器 的通带和阻带分别满足通带 :
Q2 =
- 1 /2 - sin ( b) - 1 /4 - sin (2b)
1 /3 - sin (3b) + b
- sin ( b/2) P2 =
[ sin (3b + 2) /3 ]
分析以上公式 ,可以看出 : ①Q 是对称矩阵 ; ② 低阶的 Q 矩阵是高阶的 Q 矩阵对角线上的子矩阵 ; ③当 b =π时 , Q 为对角形矩阵 , 而 0 < b <π则不 然 ,这是因为在区间 ( - b /2 - π /2, b /2 - π /2)上 ,函 数族 sin ( 2 i - 1)ω不正交的缘故 , 与 M ITCHELL 滤 波器相比性能有大的改善 ,如图 1所示 ,第一个曲线 是 M ITCHELL ,后两个曲线是可变带宽在不同带宽 下的曲线 。
π/2 - b/2 <ω <π/2 + b/2 阻带 :
电讯技术 2006 年第 4 期
- π/2 - b/2 <ω < - π/2 + b/2 并设其系统函数为 H1 (ω) , 然后再做频移得到最终 滤波器 H (ω) = H1 (ω - δ) 。
研究与开发 RESEARCH & D EVELO PM ENT
2 可变带宽抗混叠滤波器设计
接收机接收的射频信号经过射频处理模块实现
解扰等 ,然后经一级混频下变频到中频 ,此时还是模 拟信号 ,需要经过抗混叠滤波 ( F IR )滤除带外杂散 和干扰信号 ,确保有用信号不产生混叠 ,因此抗混叠 滤波器的选择直接影响整机的性能 。抗混叠滤波器
有两种 :有限冲激响应滤波器 ( F IR )和无限冲激响 应滤波器 ( IIR) 。根据不同的应用环境和设计要求 选择 F IR和 IIR,数字中频滤波多采用有限冲激响应 ( F IR ) ,很少用无限冲激响应 ( IIR ) 。
本文中 采 用 一 种 新 的 抗 混 叠 滤 波 器 设 计 方
法 [ 3 ] 。提出的滤波器可以灵活选择阻带带宽和中 心频率 。当带宽为 π或 π /2 (即 fs = 2b或 4b) ,中心 频率为 - π /2 (即 fs = 4fc / ( 4m + 1) )时 , 该滤波器与 现有滤波器的性能相似 。而当信号的相对带宽较小
(4)
对 A 求导 ,得到关于 A 的极值条件表达式 :
包含多个信道的整个工作频段在中频进行模 /数变 换 ,再利用可编程数字调谐器组进行信道分离。 DSP与传统的模拟技术相比 ,不仅使系统的性能有 很大提高 ,也为系统的实现提供了更高的灵活性和 稳定性 ,从而更有效地用于不同传输带宽的通信系 统 。随着制造工艺的提高 ,尤其是 CMOS工艺及运 算速度更快功能更强大的 DSP的出现 ,使得数字信 号处理的功能有了很大提高 ,因此数字中频成为可 能 。DSP对数字信号的处理能力已由基带处理发展 到中频处理 ,它可以实现调谐 、中频滤波 、信号选择 以及上 、下变频等 。随着 ADC器件水平的提高 ,模 / 数变换部分逐渐向信道前端推移 ,而利用 DSP完成 软件无线电中从中频到基带的整个信号处理部分 , ADC器件和 DSP的中频处理能力使得数字中频滤 波成为软件无线电中信号处理的关键技术 [ 2 ] 。
D esign and Rea liza tion of a D ig ita l - In term ed ia te Frequency Rece iver
X IAO qian - you1 , HUAN G x iao - ge1 , LUO zh i - m in2
(1. Electronic Engineering School, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China; 2. CDMA Department, ZTE Co. , L td. , Shenzhen 518004, China)
1 数字中频的原理 、模型以及特点
软件无线电的概念是在 1992 年的全美远程系 统会议上由 J. M itola 等人率先提出的 [ 1 ] 。其定义 为 :软件无线电基于一个硬件平台 ,其 A /D (模 /数 ) 变换应尽量靠近天线 ,而将尽可能多的无线通信功 能用软件来实现 。软件无线电是个开放结构 ,代表 一个软件可重构的无线电体系 ,它的可重构性主要 体现在其射频 (RF) 、中频 ( IF)以及基带信号处理可 以通过软件编程来控制和实现 。其硬件平台可以在 经过 ADC变成数字信号后用可编程的数字信号处 理 (DSP)芯片或可重构专用功能信号处理器来实 现。
= 1、2 时 , Q、P 的解析表达式 。对于特定的应用场
合 ,只要将实际的信号带宽带入公式 , 就可计算出
Q、P,进而得到 A。
当 n =1时 :
Q1 = sin b + b
P1 = - sin ( b /2) 当 n = 2时 :
sin ( b) + b
- sin ( b) - 1 /2 - sin (2b)
Abstract:An app roach for designing digital - intermediate frequency ( IF) receiver is introduced, the p rin2 cip le analysis and deduction of all parts of the receiver are perform ed including design of available - band filter, Analog - to - D igital Converter (ADC) , digital orthogonal transform s based on digital polyphase fil2 ter, decimation filter, baseband signal p rocessing unit. Finally parameters of the receiver are obtained. Key words: digital - intermediate frequency receiver; polyphase filter; digital orthogonal transform; deci2 mation filter; software defined radio ( SDR )
yk = xk - j[ a1 ( xk +1 - xk - 1 ) + a2 ( xk +3 - xk - 3 ) +
… + an ( xk +2n - 1 - xk - 2n +1 )
(1)
下面将在最小方差准则下推导滤波器系数 。对
式 (1)两边进行傅里叶变换 ,得到滤波器的传递函 数为
n
∑ H (ω) = 1 + 2 ai sin ( 2 i - 1)ω ( 2) i =1
3 收稿日期 : 2005 - 07 - 05; 修回日期 : 2005 - 10 - 09
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电讯技术 2006 年第 4 期
数字中频接收机 (D IFR )是对中频信号直接采 样 ,然后在数字部分实现数字下变频 、码速变换 、信 道化 、时钟恢复 、解调 、解扩等功能 ,可利用数字下变 频近乎完美的正交性以及数字电路软件可编程的灵 活性 。数字中频有以下几方面优点 :第一 ,数字下变 频几乎可以做到绝对正交 ;第二 ,利用数字滤波器实 现通道选频 ,其特性可现场编程 ,因此 ,适用于接收 和处理多载波 、多模式信号 ,解决它们之间的互通互 连问题 ;第三 ,电路元件的一致性性好 ,可消除温漂 和非线性失真问题 。
电讯技术 2006 年第 4 期 文章编号 : 1001 - 893X (2006) 04 - 0123 - 05
研究与开发 RESEARCH & D EVELO PM ENT
一种数字中频接收机的设计与实现 3
肖乾友 1 , 黄晓革 1 , 骆志敏 2
(1. 电子科技大学 电子工程学院 , 成都 610054 ; 2. 中兴通讯 CDMA 事业部 , 广东 深圳 518004)
摘 要 :介绍了一种数字中频接收机的设计 ,对接收机的各个组成部分进行了原理分析和推导 ,包括 可变带宽滤波器 、ADC、基于多相滤波器的数字正交变换 、抽取滤波器设计 、基带信号处理单元设计 , 得出样机的各样性能参数 。 关键词 :数字中频接收机 ; 多相滤波器 ; 数字正交变换 ; 抽取滤波器 ;软件无线电 中图分类号 : TN85 文献标识码 : A
个脉冲对消器 [ 2 ] ,原理如图 2 所示 。引入一个时间 变化量 δt ,Δt1 =Δt +δt ,Δt1 是实际采样时间 ,Δt是 理想采样时间 。假设滤波器通带内纹波可以忽略不 计 ,二次对消后相位不稳定限制的改善因子为
2 I =Δφ2
=
(
2 2π·foδt )
2
=
2π2
1 f
2δ2
ot
= 2π2
当不满足 fs = 4fc / ( 4m + 1 ) 时 , 设 fs = 4fc / ( 4m + 1 - 2δ/π) ,则延拓后正频带中心为 π /2 - δ+ 2πi , 而负频率中心位于 - π /2 +δ+ 2πi ,频谱分布不再 均匀 ,相邻频谱之间的最小距离为 π - 2δ。由于相 邻频带之间的过渡区域减小了 ,所以滤波器设计的 难度也增加了 。为了解决这个问题 ,最简单的方法 是先按照前面的方法设计一个过渡滤波器 ,滤波器 的通带和阻带分别满足通带 :
Q2 =
- 1 /2 - sin ( b) - 1 /4 - sin (2b)
1 /3 - sin (3b) + b
- sin ( b/2) P2 =
[ sin (3b + 2) /3 ]
分析以上公式 ,可以看出 : ①Q 是对称矩阵 ; ② 低阶的 Q 矩阵是高阶的 Q 矩阵对角线上的子矩阵 ; ③当 b =π时 , Q 为对角形矩阵 , 而 0 < b <π则不 然 ,这是因为在区间 ( - b /2 - π /2, b /2 - π /2)上 ,函 数族 sin ( 2 i - 1)ω不正交的缘故 , 与 M ITCHELL 滤 波器相比性能有大的改善 ,如图 1所示 ,第一个曲线 是 M ITCHELL ,后两个曲线是可变带宽在不同带宽 下的曲线 。
π/2 - b/2 <ω <π/2 + b/2 阻带 :
电讯技术 2006 年第 4 期
- π/2 - b/2 <ω < - π/2 + b/2 并设其系统函数为 H1 (ω) , 然后再做频移得到最终 滤波器 H (ω) = H1 (ω - δ) 。
研究与开发 RESEARCH & D EVELO PM ENT
2 可变带宽抗混叠滤波器设计
接收机接收的射频信号经过射频处理模块实现
解扰等 ,然后经一级混频下变频到中频 ,此时还是模 拟信号 ,需要经过抗混叠滤波 ( F IR )滤除带外杂散 和干扰信号 ,确保有用信号不产生混叠 ,因此抗混叠 滤波器的选择直接影响整机的性能 。抗混叠滤波器
有两种 :有限冲激响应滤波器 ( F IR )和无限冲激响 应滤波器 ( IIR) 。根据不同的应用环境和设计要求 选择 F IR和 IIR,数字中频滤波多采用有限冲激响应 ( F IR ) ,很少用无限冲激响应 ( IIR ) 。
本文中 采 用 一 种 新 的 抗 混 叠 滤 波 器 设 计 方
法 [ 3 ] 。提出的滤波器可以灵活选择阻带带宽和中 心频率 。当带宽为 π或 π /2 (即 fs = 2b或 4b) ,中心 频率为 - π /2 (即 fs = 4fc / ( 4m + 1) )时 , 该滤波器与 现有滤波器的性能相似 。而当信号的相对带宽较小
(4)
对 A 求导 ,得到关于 A 的极值条件表达式 :