软件无线电5_数字上下变频

杨丁
数字下wk.baidu.com频与模拟下变频比较
缺点 运算速度受 FPGA(DSP)处理速度的限制。 运算速度决定了其输入信号即ＡＤＣ的最高 采样速率。 数据精度和运算精度影响接收机的下变频的 性能。
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数字下变频与模拟下变频比较
模拟下变频
优点 没有输入数据速度限制。 相位变化连续，没有截断效应 缺点 模拟本地振荡器的频率稳定度难以做高； 边带相位噪声； 温度漂移； 修改不灵活。
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查表法产生正弦波样本
由奈奎斯特采样定理可知，当 flo/fs=K/M<1/2时可以重构正弦信号。K 称为频率控制字，M称为NCO的模，一 般用2N表示。flo表示为以下形式：
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查表法产生正弦波样本
ROM存储容量问题 N的大小代表什么？
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查表法产生正弦波样本
相位截断和幅度量化误差
ROM长度有限产生什么问题？ ROM输出字长有限导致什么问题？ 由于幅度和相位误差，必然引入杂散。 事先根据NCO正弦波相位计算好相位所对应的正弦 值 按相位角度作为地址存储该相位的正弦值数据。 NCO按采样频率fs每次增加一个2π*(flo/fs)相位 以相位累加 做为地址输出正弦波。
FPGA/CPLD 在软件无线电中的工程应用数字上 下变频篇
杨丁
概述
数字上下变频器的组成与模拟上下变频器类 似，包括数字混频器、数字控制振荡器 （Numerically Controlled Osillator-NCO）和低 通滤波器三部分组成。
杨丁
数字控制振荡器
NCO的目标就是产生一个理想的正弦或余弦波 （下面用正弦来通称正弦或余弦），更确切地 说是产生一个频率可变的正弦波样本，如下 式： S(n )=cos(2π*（flo/fs)*n) 式中，flo为本地振荡频率；fs为DDC输入信号 的采样频率．
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查表法产生正弦波样本
一个实例 在ISE中利用IP核生成一个NCO（DDS)
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数字下变频与模拟下变频比较
模拟下变频与数字下变频实现功能是否一样？ 数字下变频 优势 完全数字化，不受环境温度影响，输出频率 稳定。 某些情况下可以保证数字本振的正交一致 性。 频率步进、频率间隔有理想的性能。 数字下变频器的控制和修改较容易。
杨丁
数字下变频器的组成
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数字下变频性能影响分析
影响数字下变频性能的主要因素有两个：
1. 数字本振、输入信号及混频乘法运算的有限
字长所引入误差。数字混频器和数字本振数 据位数不够宽，存在尾数截断。 2. 数字本振相位的分辨率不够引起数字本振数 值的近似取值。
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数字下变频任务
根据后级的输入要求决定输出数据的速率，即 用一定的抽取率对信号进行抽取，降低信号速 率； 滤掉谐波和信号抽取后导致的频域上的混叠。 经过这两步，即得到了 I、Q 两路的基带数字 信号。
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数字上变频框图
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一个工程实例
设计一个数字下变频模块 将下变频输出基带信号进行数字上变频转换为 中频信号
信号带宽5MHz 中频50MHz 阻带衰减>50dB 采样速率选多少？ 解调频率选多少？
杨丁
一个工程实例
我们采样率选40MHz
杨丁
回顾
数字控制振荡器设计（NCO) 数字上变频设计 数字下变频设计
杨丁
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数字下变频变换
接收机的输入一般是单信道的，因此可以认为 输入数据是实数而不是复数。 假设输入信号为以下形式
采样后表示为:
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混频后输出
I路输出
Q路输出
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组合为一个复数形式
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采用正交解调方式优点
处理输入信号带宽可以提高一倍。 在时域中，如果采样频率为 fs ，则当达到最高输入频 率时，必须在一个周期内获得两个采样样本以满足奈 奎斯特采样定理，所以最高的输入频率为 fs /2。这时 如果还有一个Q信道，则将采集到多于两个样本，所 以最高输入频率可以扩展到 fs 。 从频域来说，如果输入是实数，则输出具有正频率分 量和负频率分量，非模糊的最高频率为 fs /2，而对于 复数来说则没有负频率分量，所以最高输入频率可以 扩展到 fs 。
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查表法产生正弦波样本
实时计算 正弦波样本用实时计算的方法产生，但这适用 于信号采样频率很低的情况。在软件无线电高 信号采样频率的情况下，NCO实时计算的方法 实现比较困难。 查表法 即事先根据各个NCO正弦波相位计算好相位的 正弦值，并按相位角度作为地址存储该相位的 正弦值数据，这是NCO产生正弦波样本最有 效、最简便的方法。
杨丁
查表法产生正弦波样本
每输入一个信号采样样本， NCO就增加一个２ π(flo/fs)相位增量，然后按照相位增量，∑２ π(flo/fs)相位累加角度作为地址，检查该地址 上的数值并输出到数字混频器，此值就是正弦 采样样本值。 线性相位增量 ，假如对2π取M等 分，则对应有flo=(K/M)*fs，则其相邻样本间量 化相位增量为不变量K。改变K值也就改变了 本振flo。