数字无线电技术 电子科技大学 电子工程学院 严禁转载 绝密 2015期末考试

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第二讲
正交调制/解调与数字接收机
一、实信号复解析与正交调制解调 1．窄带信号的复解析 窄带信号的表示
x(t ) = a (t ) cos[ω 0 t + φ (t )]
其正交分量为
H [ x(t )] = a (t ) sin[ω 0 t + φ (t )]
H[]为 Hilbert 变换。 两个相互正交的分量可表示为复解析式
30 倍，则最后一级抽取后信号采样频率将变为 1MHz。由于基带信号的最高频率 为 0.5MHz， 在采样频率为 1MHz 的情况下， 要求 DLPF 是理想滤波器， 但实际 DLPF 有过渡带，因此不能使用刚好是 0.5MHz 两倍的采样频率。 ） ，抽取倍数选为
D 28 （抽取倍数为 29 时，将无法设计三级抽取方式） ，将抽取倍数分解为：
1
同步、纠错 信道 编码
50kHz 发送 滤波 PSK 调制
70MHz/ 100kHz 晶体 滤波 混 频
210~230MHz/ 20MHz 滤 波 功 双
放
至接收机
工
数据 输入 19.2kbps
载波 70MHz
本振 140~160MHz
(a)
发射端结构 1
50kHz 信道 编码 发送 滤波 PSK 调制
1
0.5
2.5 Bs
0 0
Bs
0.4
2.5Bs
2
1
f (Hz)
2
0 0.8
(rad)
f fs
1
作业 3：调频广播带通采样数字中频接收机设计。 信号参数：中频频率：f0=10.7MHz 信号带宽：BS=150kHz，信道间隔：B=150kHz 中频信号频谱如下图所示。
Bs 150KHz
0.8 0 0.8 1.2 2
f (Hz)
2
(rad)
f fs
1
E点信号频谱：
0.4 0 0.4 0.6 1
j Z BQ ( )
1
1.2 0.8 2 1.2 0 0.8
0.5
2
(rad)
F点信号频谱：
Z B ( ) Z BI ( ) jZ BQ ( )
A
LPF
cosot zBI(t)
LPF
zBI(n)
A/D
B C zBQ(t)
D E zBQ(n)
DSP
zB(n)= zBI(n) +j zBQ(n) F
A/D
sin 0t
e j0t e j0t 2j
A点信号频谱：
-sinot
fs=2.5Bs
X(f )
1
0.5
f 0 Bs f 0
电视伴音 6.5MHz/ 100kHz 滤 波 陶瓷 混 频
300MHz/ 1MHz 滤 波 晶体 本振 1 293.5MHz 本振 2 混 频
210~230MHz/ 20MHz 滤 波 功
放
数据 输入 19.2kbps
载波 6.5MHz
510~530MHz
(b)
发射端结构 2
基本概念： 信源数字化 信道数字化 信道软件化 → → → 无线数字通信 数字无线电 软件无线电
作业 1：FM 对讲机中接收机的设计 系统参数：射频频率： 433MHz 信号带宽： 15KHz （频偏 7.5KHz ，音频带宽 3.4KHz ） 调制方式：FM 要求：1. 给出一个可实现的系统结构 2. 设计系统各级的主要参数（如滤波器、振荡器等） 3. 画出各级的频谱结构 答案： 1. 二次变频超外差式接收机系统：
NF = NF1 + NFn − 1 NF2 − 1 NF3 − 1 + ++ G1 G1G 2 G1G 2 G n −1
选频 滤波
射频 放大
AM 检波
音频 放大
优点：结构简单，动态范围小； 缺点：选频效果差，灵敏度低。(信号带宽一定的情况下，信号中心频率越 高，要求选频滤波器的 Q 值越高。) (2) 超外差式
2.
15KHz
433
f (MHz)
334
383.5
433
482.5
532 f (MHz)
47.5
48.05
49.5
49.95
50.4 f (MHz)
450
f (KHz)
1． 根据下图所示的数字基带接收机电路和 A 点给定的信号频谱， 画出图中 B、C、D、E、F 点的信号频谱。
cos 0t e j0t e j0t 2
其中，zBI (t)就是 I 信号，zBQ (t)就是 Q 信号。 因此，由已调信号 x(t)获得基带信号 zBI (t)、zBQ (t)后，其幅度、相位或频率 的调制信息可通过运算获得：
a (t ) = Re 2 [ z (t )] + Im 2 [ z (t )] = x 2 (t ) + H 2 [ x(t )]
f 0 433MHz B 20MHz
f 0 49.5MHz B 100KHz
f IF2 450KHz
f 0 450KHz B 15KHz
f IF1 49.5MHz
f LO1 383.5MHz
f LO2 48.05MHz
或 482.5MHz
或 49.95MHz
z 1
z 1
z 1
z 1
x(n1 )
2
x '(n2 )
抽取后的采样频率为： f s 2 30 / 7MHz 对 于 第 二 级 抽 取 D2 2 ， 用 半 带 滤 波 器 ， 其 c 2 3.5 / 30 7 / 30 ，
a c 23 / 30 。
B 150KHz
f 0 10.7MHz
f
要求：1）带通采样数字中频接收机结构框图 2）要求设计参数：抗混叠滤波器、带通采样频率 f s 和处理带 宽 B ，NCO 频率； 3）画出带通采样后的信号频谱示意图。
答案： 1）接收机结构框图：
zBI(n)
中频 输入
x(t)
A/D
x(n)
NCO
RT DSP
Bs
0
f0
f 0 Bs
f (Hz)
答案：
B点信号频谱： 经LPF滤除
Z BI ( f )
1
0.5
经LPF滤除
2 f 0
C点信号频谱：
Bs
0 B s
j Z BQ ( f )
2 f0
源自文库
f (Hz)
1
0.5
Bs
0 Bs
f (Hz)
D点信号频谱：
Z BI ( )
1
0.5
2.5 Bs
Bs 0 Bs 1.5Bs 2.5Bs
z (t ) = a (t )e j[ω0t +φ (t )] = a (t )e jφ (t ) ⋅ e jω0t = z B (t ) ⋅ e jω0t
ZB(t)为基带调制信号
z B (t ) = z (t ) ⋅ e − jω0t = a (t ) ⋅ e jφ (t ) ⋅ e jω0t ⋅ e − jω0t = a (t ) cos[φ (t )] + ja (t ) sin[φ (t )] = z BI (t ) + jz BQ (t )
Im[ z (t )] H [ x(t )] = tan −1 Re[ z (t )] x(t ) dφ (t ) H ′[ x(t )]x(t ) − x′(t ) H [ x(t )] = ω (t ) = dt x 2 (t ) + H 2 [ x(t )]
φ (t ) = tan −1
其中，式(1.22)中 tan-1 为四象限反正切。 通过信号的复解析， 很容易获得信号的基带调制信息，因此这一过程也称为 正交解调或正交分解，其相反的过程称为正交调制。 正交分解的目的：获得基带 I、Q 分量。 正交分解的好处：同时获得基带的幅度调制信息和角度调制信息。
2
7.5MHz ，但上图中 sin(3 n / 2) 要变为 sin( n / 2) 。 30MHz 2
15MHz ＝ 30 ，但考虑到 DLPF 的过渡带（若抽取 0.5MHz
2）三级抽取倍数和 CIC 滤波器的展开结构 最大可抽取倍数 Dmax
D 7 2 2 ， D1 7 ， D2 2 ， D3 2 。
对于第一级抽取滤波器，其 c 2 0.5 / 30 / 30 a 2 / 7 0.29 ， 因此可选择 7 倍抽取 CIC 滤波器作为抽取滤波器。 为降低 CIC 滤波器的主副比， 利用 5 级级联 CIC 滤波器， 则主副比达到 67.3dB 。
N
60 7.95 1 109 14.36 (1/ 2 7 /15)
800kHz
选频 滤波 混 频 滤 波 AGC 放大 AM 检波 音频 放大
1265kHz
本振
优点：选频效果好，灵敏度高，动态范围大； 缺点：结构复杂，有镜频干扰（镜频抑制比） 。
2．双工无线电收发机的设计 案例 2：短波双向无线数传电台的设计 发射参数： 发射频率：210～230MHz 可调； 数据码率：19.2kbps； 信道带宽：100kHz； 调制方式：2DPSK。 接收参数： 接收频率：240～260MHz 可调； 数据码率：19.2kbps； 信道带宽：100kHz； 调制方式：2DPSK。
其中 floor 表示向下取整。 当 M 23 时， B 455KHz > Bs' 450KHz 当 M 20 时， B 522KHz > Bs' 450KHz 取 M 20 ，则 B 522KHz ， f s 2B 1.044MHz
522KHz
－ (0)
－ 10.7
－ (+10)
－ 0.26
(10)
0.26
+ (0)
10.7
f (MHz)
4）数字 NCO 设计： NCO 频率： f 5）DLPF 设计：
0.26MHz 0.25 ， 2 f 1.044MHz 2
H (e j )
75KHz 225KHz
f
0.14
0.43

设计框图：
zBI(n) cos(n/2) 1,0,-1,0,1
NCO
10.07M/150K
中频 输入
x(t)
A/D
x(n)
RT DSP
0,-1,0,1,0 -sin(n/2)
fS=1.044MHz
zBQ(n)
作业 4： 输入采样率 30MHz 的中频信号，设计一个数字下变频器，将中心频率 52.5MHz， 带宽 1MHz 的信号正交解调至基带，选择 CIC 滤波器，半带滤波器和 FIR 滤波器 作三级抽取，输出最低的数据率。 1）画出下变频器结构； 2）设计三级抽取的倍数，画出 CIC 滤波器的展开结构； 3）画出各级滤波器的频谱图。
输出对应的其 c 2 7 / 30 7 /15 抽取后的采样频率为： f s3 30 /14MHz = 15 / 7MHz 第三级抽取 D3 2 ，用半带滤波器，其 c 7 /15 ， a 8 /15 输出对应的其 c 2 7 /15 14 /15 抽取后的采样频率为： f s 4 30 / 28MHz = 15 /14MHz HB 滤波器过渡带混叠严重，最后加一级 FIR 滤波器 第四级 FIR 滤波器 c 14 /15 ，a＝，取纹波系数＝0.001 则其阶数为：
第一讲
无线电系统与结构
一、典型的无线电应用系统 1．无线电广播、电视、电报系统 2．无线电对讲、差转系统 3．无线电移动通信系统 4．无线电导航系统（航海、航空、航天） 5．无线电探测系统（雷达：单/多基、陆/海/空/天基）
二、无线电应用系统 1．单工无线电接收机的设计 案例 1：中波调幅收音机的设计 参数： 射频频率：800kHz； 信号带宽：10kHz； 调制方式：AM。 (1) 直放式
fS
zBQ(n)
2）抗混叠滤波器设计：
Bs'
a1
c1 f 0 c 2
a 2
f
Bs' a 2 a1 450KHz
3）采样频率 f s 和处理带宽 B ： B
2 f0 2M 1
1 2 f 1 2 10.7MHz (M )max floor '0 1 floor 1 23 2 B 2 0.45MHz s
答案: 1）数字下变频器：
zBI(n)
cos(3n/2) 0,-1,0,1,0
NCO
x(t
)
A/D
x(n
)
RT DSP
1,0,-1,0,1 -sin(3n/2)
fS=30MHz zBQ(n)
NCO
频 率 ：
2
22.5MHz 3 30MHz 2
， 注 意 ， 也 可 以