通信系统中的数字上变频和下变频
数字下变频原理
数字下变频原理一、背景介绍数字下变频（Digital Down Conversion）是一种在通信系统中广泛应用的技术，用于将高频信号转换成低频信号以方便处理和分析。
本文将深入探讨数字下变频的原理及其在通信领域中的应用。
二、数字下变频原理数字下变频是指将高频信号转换成低频信号的过程，其原理基于采样定理和数字信号处理的技术。
下面将详细介绍数字下变频的原理。
2.1 采样定理采样定理指出，要完全恢复原始信号，采样频率必须大于信号最高频率的两倍。
在数字下变频中，高频信号先经过抽样和量化，得到离散的信号样本。
2.2 数字信号处理在数字下变频过程中，采样的离散信号样本将通过数字信号处理算法进行处理，包括滤波、频率变换和解调等步骤。
其中，最重要的步骤是频率变换。
2.3 频率变换频率变换是将高频信号转换为低频信号的关键步骤。
常用的频率变换方法有离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）。
这些变换方法可以将时域中的高频信号变换到频域中，进而实现频率降低的目的。
三、数字下变频在通信领域中的应用数字下变频技术在通信领域中有很多应用，包括无线通信、雷达系统和测量仪器等。
下面将介绍数字下变频在这些领域中的具体应用。
3.1 无线通信在无线通信系统中，数字下变频可以将接收到的高频信号转换成低频信号进行处理。
这样做的好处是可以减少硬件成本、节省功耗和提高通信质量。
数字下变频还可以实现频谱分析和信号识别等功能。
3.2 雷达系统雷达系统中使用数字下变频技术可以降低系统复杂度和功耗。
数字下变频可以将雷达接收到的高频信号转换成低频信号进行处理和分析，实现目标检测、跟踪和成像等功能。
3.3 测量仪器在测量仪器中，数字下变频可以将高频信号转换成低频信号进行处理和分析。
这样可以降低系统噪声、提高测量精度，并且方便对信号进行数字处理和存储。
四、总结通过对数字下变频原理的深入探讨，我们了解到数字下变频是将高频信号转换成低频信号的一种重要技术。
软件无线电无人机蜂群通信系统
技术协作信息
已逐渐受到国内外广泛关注，
图1软件平台系统架构
核心框架的功能模块由基础模块和
核心模块组成。
基础模块主要包括：描述
文件解析器、部署管理器和资源管理器，
分别提供波形应用的XML文件解析、波形
应用的动态加卸载管理以及系统资源的
配置与管理。
CORBA中间件用于屏蔽操作系统异
构性以及网络协议异构性，为分布式环境
技术协作信息
加强管理，防止滥用乱用资金的现象出现，要按照批复的额度和开支范围执行预机制，对建立的制度进行专项评估，发挥自身审计监督职能。
（作者单位：湖南智领通信科技有限公司）
cyDivisionMultiplexing，
以获得高效的频谱利用率；
图2宽带网络波形功能框图。
软件定义无线电与电子器件技术考核试卷
A. AM
B. FM
C. QAM
D. PSK
（答题括号：________）
16.电子器件技术中，以下哪种器件在数字电路中具有广泛的应用？
A.双极型晶体管
B.结型场效应晶体管
C.金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）
D.运算放大器
（答题括号：________）
20.以下哪些技术可以用于提高软件定义无线电系统的抗干扰能力？
A.信道编码
B.调制技术
C.信号同步
D.信道估计
（答题括号：________）
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.软件定义无线电（SDR）的核心思想是将尽可能多的无线电功能转移到______上实现。
B.提高系统灵活性
C.减少系统复杂度
D.提高频率使用效率
（答题括号：________）
3.以下哪些是电子器件技术中常见的场效应晶体管？
A.结型场效应晶体管（JFET）
B.金属半导体场效应晶体管（MESFET）
C.金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）
D.双极型晶体管
（答题括号：________）
8. AC
9. ABC
10. ABCD
11. ABC
12. BC
13. AB
14. ABCD
15. A
16. ABCD
17. ABCDቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
18. ABCD
19. CD
20. ABCD
三、填空题
1.软件
2. MOSFET
3. QAM
4.带宽
通信系统中数字上变频技术的研究与设计
通信系统中数字上变频技术的研究与设计铁奎;张慷;凌云志【摘要】为了将通信系统中数字基带信号调制到中频信号上，采用数字上变频技术，通过对数字I,Q两路基带信号进行FIR成形滤波、半带插值滤波、数字混频处理得到正交调制后的中频信号．最后经MATLAB仿真分析得到相应的时域和频域图，来验证电路设计的有效性。
%Baseband signal is modulated intermediate frequency signal by the technogy of digital up conversion in communication system.The I and Q digital baseband signals that are filtered by shaped FIR and half band interpolation, processed by digital mixer,turn into modulated intermediate frequency signal.At last,the circuit design is validated by the time and spectrum figures of MATLAB simulation and analysis.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2012(020)015【总页数】3页(P190-192)【关键词】数字上变频;半带滤波器;数字本振;数字正交混频器【作者】铁奎;张慷;凌云志【作者单位】中国电子科技集团公司第四十一研究所，安徽蚌埠233006;中国电信上海公司，上海200041;中国电子科技集团公司第四十一研究所，安徽蚌埠233006【正文语种】中文【中图分类】TN911.72通信系统中基带信号上变频的方式包括[1-2]模拟调制和数字调制，模拟调制中的基带和载波信号都是模拟信号。
随着软件无线电技术的发展以及大规模集成电路和DSP的广泛应用，对通信系统中基带到中频的变换采用数字化处理，就能通过可编程器件的可编程性对载波频率、信号带宽、调制格式、信道编码等进行控制，实现不同的通信功能要求。
数字下变频
Your company slogan
原理和结构
原理：数字下变频器(DDC)是接收机A／D变换后，首先要完成 数字下变频器(DDC)是接收机 是接收机A 变换后，
的处理工作，一般的DDC由本地振荡器(NCO)、混频器、 由本地振荡器(NCO)、混频器、 的处理工作，一般的DDC由本地振荡器 低通滤波器和抽取器组成.主要作用： 低通滤波器和抽取器组成.主要作用：其一是把中频信号 变为零中频信号；其二是降低采样率。从频谱上看， 变为零中频信号；其二是降低采样率。从频谱上看，数字 下变频将A/D采样后信号从中频变换到基带 采样后信号从中频变换到基带。 下变频将A/D采样后信号从中频变换到基带。这样的处 理由两步完成：首先是将输入信号与正交载波相乘， 理由两步完成：首先是将输入信号与正交载波相乘，然后 进行数字滤波滤除不需要的频率分量。NCO，混频器， 进行数字滤波滤除不需要的频率分量。NCO，混频器， 数字滤波器速率要等于采样率，采样率低于600MHz， 数字滤波器速率要等于采样率，采样率低于600MHz， 很难实时的在FPGA中进行处理 很难实时的在FPGA中进行处理
总结：离散信号的精确性与寄存器长度相关，寄存器长度越长，精确 总结：离散信号的精确性与寄存器长度相关，寄存器长度越长， 度越高，硬件实现却越复杂。多路相位合成滤波器在DDC并行 度越高，硬件实现却越复杂。多路相位合成滤波器在DDC并行 处理过程中不会产生其他噪声， 处理过程中不会产生其他噪声，因此在并行处理过程中信噪比 的分析等同于传统的DDC结构 结构。 的分析等同于传统的DDC结构。
FIR滤波器 FIR滤波器: 滤波器:
Your company slogan
论文主体
1.并行处理结构： 并行处理结构： 抽取滤波器模块通过多相滤波器结构降低采样率和实现低通滤波。 抽取滤波器模块通过多相滤波器结构降低采样率和实现低通滤波。
数字下变频 信道化
数字下变频信道化数字下变频是一种信号处理技术，常用于无线通信系统中，用于将数字信号转换成模拟信号，并通过信道传输。
在信道化过程中，数字信号经过调制、编码等处理，以适应信道的传输特性，从而有效地传输数据。
数字下变频的过程可以简单地分为两个步骤：调制和解调。
首先，在发送端，调制器将数字信号转换成模拟信号。
这是通过将数字信号与一个高频信号相乘来实现的，高频信号被称为载波信号。
调制过程中，需要选择合适的调制方式，如调幅（AM）、调频（FM）或者调相（PM），以便在信道中传输。
在信道中传输时，模拟信号会受到信道的影响，如衰落、多径效应、噪声等。
为了增强信号的可靠性，通常会对模拟信号进行编码和纠错处理。
编码是将模拟信号转换成一系列数字码字的过程，纠错处理则是在接收端对接收到的码字进行检测和纠正的过程。
通过编码和纠错处理，可以有效地提高信号的抗干扰性和可靠性。
在接收端，解调器将模拟信号转换回数字信号。
解调器会将接收到的模拟信号与一个局部振荡器产生的相同频率的信号相乘，从而得到原始的数字信号。
在解调过程中，需要选择与发送端相同的解调方式，以恢复出原始的数字信号。
数字下变频技术在无线通信中具有广泛的应用。
它可以将数字信号转换成模拟信号，以适应不同的信道传输特性。
通过调制、编码和解调等处理，数字下变频技术可以在信道中传输可靠的数据。
它为无线通信系统提供了高效、可靠的数据传输方式，促进了信息的交流和传播。
无论是手机通信、卫星通信还是无线局域网，数字下变频技术都扮演着重要的角色。
数字下变频技术的发展使得无线通信系统的性能不断提升。
随着技术的不断创新和进步，数字下变频技术将会在未来发挥更加重要的作用。
通过进一步研究和改进，数字下变频技术有望实现更高的传输速率、更低的误码率和更强的抗干扰能力。
这将极大地推动无线通信技术的发展，为人们的生活带来更多的便利和创新。
通信应用中的数字上变频和下变频
通信应用中的数字上变频和下变频数字上变频器(DUC)和数字下变频器(DDC)不仅仅是通信应用(如软件无线电)中的关键，而且在需要窄带信号高速流的应用中也是重要的。
另外，DDC结构容易控制所有取样速率下的混淆防止分样。
做为1个例子，让我们看看数字记录5MHz带宽(中心在50MHz)信号的问题。
此信号可以是来自RF-IF模拟下变频器的信号或者是直接从天线接收的信号。
为了满足尼奎斯特准则，我们需要以105ms/s取样率取样此信号。
然而，为了合理地捕获此信号，应该在较高的取样率(至少200ms/s)取样此信号。
假设ADC为16位，在该速率下被取样的信号会产生400MB/s数据。
也许更难办的是以这样高速率采集和存储数据缺乏商业可用的方案。
大多数可用的PC基数字器仅能在大约几分之几秒内存储此数据。
数字下变频DDC在持续时间期间可以数字记录RF信号。
在此实例中，我们仅需要记录5MHz信号(中心频率50MHz)，而不是ADC的整个尼奎斯特带宽。
DDC允许除去其余数据，并降低数据率。
在现场可编程门阵列(FPGA)中实现时，简单的数字下变频分为3个性质不同的步：频率变换、滤波和分样(图1)。
频率变换和滤波第1步是频率变换。
5MHz频带需要降低变换到基带，靠乘或与载频(fc)正弦信号混频实现这种变换。
用数字控制振荡器(NCO)数字产生正弦波。
NCO通常也称之为本机振荡器(LO)，它可以在精确频率和相位下产生取样波形。
随着信号从50MHz变频到基带，信号拷贝也从50 MHz变频到100 MHz。
基于此原因，新的基带信号必须滤波，去除较高频率的信号。
然而，到此我们的任务没有完成。
我们仍有1个在200ms/s取样的低频基带信号。
传输额外不必要数据时不希望PC总线过载，我们重新取样信号来降低有效取样率。
这靠分样实现，在规则的时间间隔内从数字化的信号中去除数据点。
在此例中，取样从200ms/s 下降到10ms/s，每20个取样去除19个取样。
1～18GHz超宽带接收下变频模块的设计研究
图1 接收下变频原理框图
侦查监测系统是电子战系统的重要组成部分，理想的侦查监测系统能够以较宽的带宽以及较高的动态和灵敏度信号，而且具有体积小、重量轻、成本低、功耗小、杂散小的特点。
本文设计的1～18GHz超宽带接收下变频模块就具有这些特点。
其设计的链路是接收信号分为1～6GHz、6～18GHz 2个频段，分别送入接收下变频模块对应端口，对于1～18GHz频段的截获信号，在每个通道内先进行限幅、滤波、低噪声放大、功率控制、自检选通后分别用开关滤波滤除谐波及带外信号，再与宽带本振20～40GHz变频至一中频22GHz±0.25GHz/0.5GHz 后再开关滤波、放大输出。
通过开关滤波可滤除谐波杂
20中国设备工程 2023.10（下）。
扩频通信系统中一种实现数字下变频器的算法
第４ ７卷 第 技
Ｔ ｌ ｏ ｍｕ ｉａｏ ｎ ｎ ｅ ｎ ｅｅ ｍ ｎｃｔ ｎＥ ｇ ｅｒ ｇ ｃ ｉ ｉ ｉ
Ｖ １ ７ Ｎｏ １ ｏ． ４ ．
Ｆ ｂ． ｏ ７ ｅ ｌ ２０
文章编 号 ：０ １— ９ Ｘ（０ ７ ０ ０９ ０ １０ ８３ ２ ０ ）１— ０７— ３
Ｑ 的信道分离结构 ， ） 如图 Ｉ 所示 。
竺 — 致字低通滤波器
圆Ｉ ｓ ｉ ｎ
—
由 图中可 以看 出 ， 在数 字下 变频器 中 ， 需要独 立
地实时提供给 ＩＱ信道一对正交 的本地振荡信号， 、 即正弦／ 余弦信号。产生该正交信号的方法很多， 常 见的是 由直接数字频 率合成器 （ Ｄ ） Ｄ Ｓ 来实 现。但 是， 该方法一般都需要较 多的芯片 内部 Ｒ Ｍ资源 Ｏ 来存储正弦和余弦值 ， 并通 过查找表的方式实现其 输出， 在某些 Ｖ Ｓ 芯 片设计 中是不经 济的。同 这 ＬＩ 时， 它的运算速度也会受到一定 的限制。采用坐标 旋转数字计算机 （ ｏｒ ｎｔ Ｒ ｔ ｏ ｉｔ ｏ ｐ ｔ Ｃ ｏ ｉ ｅ ｏ ｔｎＤｇａ Ｃ ｍ ｕ ｄ ａ ａ ｉ ｉ ｌ － ｅ， Ｏ ＤＣ 来产生正弦值和余弦值就 不需要太多 ｒＣ Ｒ Ｉ ） 的 Ｒ Ｍ资源 ， Ｏ 只需要简单 的移位 和加法等迭代操 作， 而不需要乘法 以及除法操作 ， 因而 ， 它有很广泛 的用途， 并且很容易在 Ｖ Ｓ 芯片上实现。本文主要 ＬＩ 介绍用该算法产生正弦／ 余弦信号的原理。
Ａ Ｄ ｉ ｒｑ ｉ ｄ ｔ ａ ｅｒａ ｚｄｅｓ ｙｏ Ｌ Ｉ ｈｐ Ａ Ｖ Ｓ ｔ ｃ ｒ ｒ ａ ｚ ｇＤ Ｃｉ ａ ｏｇ ｅ ． Ｄ ｅｕｒ ．ＩＣ ｂ ｌ ｅ ａｉ ｎＶ Ｓ ｉ． Ｌ Ｉ ｒ ｔ ｅｆ ｌ ｉ Ｄ ｓ ｖｎ ｓ ｅ ｎ ｅ ｉ ｌ ｃ ｓｕ ｕ ｏ ｒ ｉｎ ｅ ｓｌ ｉ
数字下变频原理
数字下变频原理数字下变频是一种常用于通信系统中的技术，它能够将高频信号转换成低频信号，从而方便信号的处理和传输。
本文将介绍数字下变频的原理及其在通信系统中的应用。
一、数字下变频的原理数字下变频的原理基于信号的采样和数字信号处理技术。
具体而言，数字下变频包括两个主要步骤：采样和数字信号处理。
1. 采样：首先，将高频信号进行采样，即按照一定的时间间隔对信号进行离散化处理。
采样的频率需要满足奈奎斯特采样定理，即采样频率要大于信号频率的两倍。
采样后得到的信号是离散的时间序列。
2. 数字信号处理：接下来，对采样得到的信号进行数字信号处理。
首先进行模数转换，将离散的时间序列转换为连续的模拟信号。
然后，对模拟信号进行滤波处理，去除不需要的高频成分。
最后，进行频率变换，将信号的频率从高频变为低频。
这个过程通常使用数字滤波器实现。
通过以上两个步骤，数字下变频将高频信号转换成低频信号。
这样可以方便后续的信号处理和传输。
二、数字下变频的应用数字下变频在通信系统中有广泛的应用，下面将介绍其中几个典型的应用场景。
1. 无线通信系统：在无线通信系统中，数字下变频常用于接收机的前端。
接收机将接收到的无线信号进行数字下变频，降低信号的频率，然后进行解调和解码等处理。
这样可以提高信号的处理效率和灵活性。
2. 雷达系统：雷达系统是一种用于探测和跟踪目标的技术。
在雷达系统中，数字下变频用于接收到的雷达信号的处理。
通过降低信号的频率，可以减小系统的复杂度和功耗。
3. 数字电视：数字电视是一种将模拟信号转换为数字信号进行传输和显示的技术。
在数字电视中，数字下变频用于将接收到的数字信号转换为可供显示的低频信号。
这样可以提高电视信号的质量和稳定性。
4. 通信系统仿真：通信系统仿真是一种通过计算机模拟通信系统的工作过程的技术。
在通信系统仿真中，数字下变频用于对通信信号进行处理和分析。
通过仿真，可以评估系统的性能和优化系统的设计。
总结：数字下变频是一种将高频信号转换为低频信号的技术，它基于信号的采样和数字信号处理。
无线通信网络优化中数字下变频技术的具体应用研究
无线通信网络优化中数字下变频技术的具体应用研究摘要:受现有技术水平的制约,在目前的信号变频体制中大部分是首先将射频信号通过一次或者几次的模拟下变频转换到中频上,在中频对信号数字化,然后再进行数字下变频。
随着数字通信技术的发展,无线通信技术的逐渐成熟,对无线设备数字带宽的要求也越来越高,所以,有必要对带宽较宽信号的数字下变频进行研究。
关键词:无线通信数字下变频1 数字下变频技术的原理及算法任何物理可实现的信号都是实信号,实信号的频谱具有共轭对称性,即正负幅度分量是对称的,而其相位分量正好相反。
所以对于一个实信号而言,只需要正频部分或负频部分就能够完全加以描述,不会丢失任何信息,也不会产生信号。
由于Hilbert变换是正交变换,所以解析信号z(t)的实部和虚部是正交的。
一个实信号的解析表示(正交分解)在信号处理中有着极其重要的作用,是软件无线电的基础理论之一,从解析信号中很容易获得信号的三个特征参数:瞬时幅度、瞬时相位和瞬时频率,而这三个特征参数是信号分析、参数测量或识别解调的基础。
对于一个实的窄带信号分别称为基带信号的同相分量和正交分量。
基带信号为解析信号的复包络,是复信号。
从以上分析可以看出,一个实的窄带信号既可用解析信号z(t)表示。
但是,在实际中很难实现理想的Hilbert变换的阶跃滤波器,所以准确的解析表示要在实际应用中得到是非常困难的,相比之下,得到基带信号就要容易得多,再经过低通滤波器就得到了对应的正交基带变换信号,但由于模拟方法产生本振信号的缺点是存在正交误差,从而导致虚假信号的产生。
为了更好的抑制虚假信号,在数字信号处理中,更多的采用数字混频正交变换来进行数字信号的正交基带变换,可以完全的保证两个本振信号正交性。
2 数字下变频技术的实现方法2.1 采用已有的专用芯片由于数字下变频专用芯片具有价廉、功耗小、体积小和使用方便等特点而得到广大工程师的青睐。
如广泛应用的美国Intersil公司的HSPSO214B,该数字下变频器的处理时钟及最大输入采样速率均可达80MHz,输入输出数据宽度为16bits,NCO的最高分辨率优于0.02Hz,抽取因子为l～2048倍可编程,在1～2048倍抽取的基础上,分数倍速率转换模块还可实现1～4任意小数倍的速率转换,FIR滤波器的128个系数均可配置。
无线通信频段划分（全）
无线通信频段划分（全）无线通信频段划分(全)各运行商频段划分政府、运营商到会单位：工信部科技司、电信研究院一、GSM900/1800 双频段数字蜂窝移动台核准频率范围：Tx：885～915MHz/1710～1785MHz(上行，移动台发，基站收) Rx：930～960MHz/1805～1880MHz(下行，移动台收，基站发) 说明：1800MHz移动台传导杂散发射值：1.710～1.755GHz≤-36dBm 1.755～12.75GHz≤-30dBm二、GSM900/1800 双频段数字蜂窝基站.核准频率范围：Tx：930～960MHz/1805～1880MHz(下行，移动台收，基站发) Rx：885～915MHz/1710～1785MHz(上行，移动台发，基站收) 说明：1800MHz基站传导杂散发射限值：1805～1850MHz ≤-36dBm/30/100kHz 1852～1855MHz ≤-30dBm/30kHz 1855～1860MHz ≤-30dBm/100kHz 1860～1870MHz ≤-30dBm/300kHz 1870～1880MHz ≤-30dBm/1MHz 1880～12.75GHz ≤-30dBm/3MHz 1710～1755MHz ≤-98dBm/100kHz三、GSM直放机（上下行变频两块）核准频率范围：下行：930～960MHz/1805～1880MHz上行：885～915MHz/1710～1785MHz说明：上行：885～909MHz、909～915MHz;下行：930～954MHz、954～960MHz;其带外也是分别指885～909MHz、909～915MHz；930～954MHz、954～960MHz 的带外。
四、800MHz CDMA数字蜂窝移动台准频率范围：Tx ：825～840MHz (上行，移动台发，基站收)Rx ：870～885MHz (下行，移动台收，基站发)五、800MHz CDMA 数字蜂窝基站核准频率范围：Tx ：870～885MHz ；(下行，移动台收，基站发)Rx ：825～840MHz ； (上行，移动台发，基站收)说明：发射工作频带两边各加上1MHz 过渡带内的噪声电平100kHz -22dBm 有效值六、800MHz CDMA 直放机核准频率范围：上行：825～840MHz 下行：870～885MHz 说明:关于800MHz 频段CDMA 系统基站在带外各频段杂散发射的核准限值：频率范围测试带宽极限值检波方式9kHz ～150kHz 1kHz -36dBm 峰值150kHz ～30MHz 10kHz -36dBm 峰值30MHz ～1GHz 100kHz -36dBm 峰值800MHz频段CDMA系统直放机在带外各频段杂散发射的核准限值频率范围测试带宽极限值检波方式9kHz～150kHz 1kHz -36dBm 峰值150kHz～30MHz 10kHz -36dBm 峰值30MHz～1GHz 100kHz -36dBm 峰值1GHz～12.75GHz 1MHz -36dBm峰值806MHz～821MHz 100kHz -67dBm 有效值885MHz～915MHz 100kHz -67dBm有效值930MHz～960MHz 100kHz -47dBm峰值1.7GHz～1.92GHz 100kHz -47dBm峰值3.4GHz～3.53GHz 100kHz -47dBm峰值发射工作频带两边各加上1MHz过渡带内的噪声电平100kHz -22dBm 有效值七、调频收发信机核准频率范围：调频收发信机使用的频率范围为：31～35MHz、138～167MHz、351～358MHz、358～361MHz 、361～368MHz、372～379MHz、379～382MHz 382～389MHz 、403～420MHz、450～470MHz。
毫米波上下变频器及相控阵波束赋形芯片研发和产业化项目-概述说明以及解释
毫米波上下变频器及相控阵波束赋形芯片研发和产业化项目-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:毫米波通信技术是当前移动通信领域研究的热点之一。
随着无线通信需求的不断增长，传统的射频波段已经无法满足高速传输和大容量通信的要求。
而毫米波通信技术通过利用高频段的电磁波，可以提供更大的频谱资源和更高的传输速率，因此被广泛应用于5G通信等领域。
然而，毫米波通信存在着许多技术挑战。
其中之一是频率空间覆盖范围较窄，信号传输会受到路径损耗和衰减的影响，导致传输距离较短。
为了克服这一问题，上下变频器被引入到毫米波通信系统中。
上下变频器可以实现将高频信号转换成低频信号进行处理，以增加信号的传输距离。
相控阵波束赋形芯片则是在毫米波通信中实现高效通信的关键技术之一。
相控阵波束赋形芯片通过对发射和接收的天线阵列进行精确的相位控制，可以实现信号的定向传输和接收。
这种技术不仅可以提高信号的传输距离和传输速率，还可以抵抗多径效应和干扰，提高通信系统的可靠性和稳定性。
本文重点研究了毫米波上下变频器和相控阵波束赋形芯片的研发和产业化项目。
通过对这两个关键技术的深入研究和开发，可以提高毫米波通信系统的性能和可靠性，从而推动5G通信和其他高速无线通信技术的发展。
研发项目的意义在于促进我国通信技术的创新和产业化，提升我国在国际通信领域的竞争力。
产业化前景展望包括了对毫米波通信技术在5G 通信、智能交通、智能制造等领域的广泛应用，并对相关产业链的发展进行了展望。
1.2 文章结构本文将分为三个部分进行阐述。
首先，在引言部分概述毫米波上下变频器及相控阵波束赋形芯片研发和产业化项目的背景和意义。
然后，在正文部分分别介绍毫米波上下变频器研发和相控阵波束赋形芯片研发的关键技术和进展情况。
最后，在结论部分总结研发项目的意义，并探讨其产业化前景展望。
通过这样的结构，本文旨在全面介绍该项目的技术研究成果和实际应用前景。
接下来，将分别详细介绍这三个部分的内容。
通信系统中数字上变频技术的研究与设计
Ｖｏ ．０ １ ２ Ｎｏ １ ．５
电 子 设 计 工 程
Ｅ ｅ ｔｏ ｉ ＤｅｉｎＥｎ ｉｅ ｒ ｌｃｒｎｃ ｓｇ ￣ｎ ｅｉ
２１ ０ ２年 ８月
Ａｕ ． ０ ２ ｚ ２ １
通信 系统中数字上变频技 术的研 究与设计
铁 奎 ，张 慷 云 志 ，凌
图 ｌ 数 字 上 变 频 器 原 理
Ｆｇ Ｐ ｉｃｐｅｏ ｉｉａ ｐ ｃ ｎ ｅｓｏ ｉ．１ ｒｎ ｉｌ ｆｄｇｔｌｕ ｏ ｖ ｒｉｎ
信号 进行圆 形 滤波 、 成 内插 、 频 等 处 理 ， 据 不 同 系 统 的 要 混 根
求 ， 用 不 同 的 编 程 代 码 来 完 成 相 应 的功 能 ， 有 较 强 的 可 采 具 编性及灵活性 。
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂ ｓｂ ｎ ｓｇ ａ ｉ ｄ ｌｔｄ ｎｅｍｅ ｉｔ ｆ ｑ ｅ ｃ ｓｇ ａ ｂ ｔｅ ｔｃ ｎ ｇ ｏ ｉｉ ｐ ｏ ｖ ｒｉｎ ｎ ｓｒ ｃ： ａｅ ａ ｄ ｉｎ ｌ ｓ ｍｏ ｕａｅ ｉｔｒ ｄａｅ ｒ ｕ ｎ ｙ ｉ ｌ ｙ ｈ ｅ ｈ ｏ ｙ ｆ ｄｇｔ ｕ ｃ ｎ ｅｓｏ ｉ ｅ ｎ ｌ ａ
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数字下变频原理
数字下变频原理数字下变频是指将高频信号通过数字处理技术转换成低频信号的一种技术。
它在通信、音视频处理、雷达、测量等领域有着广泛的应用。
本文将从原理、应用和未来发展等方面来讨论数字下变频的相关知识。
一、原理数字下变频的原理可以简单分为两个步骤：上变频和数字化。
上变频是指将低频信号通过混频器与一个高频信号相乘，使其频率提高到高频范围。
数字化是将上变频后的信号通过采样和量化转换成数字信号。
采样是指周期性地对信号进行抽样，将连续的信号转换成离散的信号；量化是将抽样得到的信号转换成离散的数字值。
二、应用1. 通信领域数字下变频在通信领域中有着重要的应用。
传统的模拟通信系统中，信号在传输过程中容易受到噪声和干扰的影响，信号质量较差。
而通过数字下变频技术，可以将模拟信号转换成数字信号，通过数字处理技术可以实现信号的编码、纠错、压缩等操作，提高通信系统的可靠性和效率。
2. 音视频处理数字下变频在音视频处理中也有着广泛的应用。
通过将高频信号转换成低频信号，可以减少数据量，提高数据传输的速率。
在视频压缩领域，数字下变频可以将高清视频信号转换成标清视频信号，减少数据量的同时保持较好的视觉效果。
在音频处理中，数字下变频可以将高频音频信号转换成低频信号，实现音频的压缩和传输。
3. 雷达和测量数字下变频在雷达和测量领域中也有着重要的应用。
雷达是一种通过发射和接收电磁波来探测目标的技术。
通过数字下变频技术，可以将接收到的高频信号转换成低频信号，方便后续的信号处理和目标识别。
在测量领域，数字下变频可以将高频信号转换成低频信号，提高测量的精度和灵敏度。
三、未来发展随着信息技术的发展，数字下变频技术也在不断演进和创新。
未来，数字下变频技术有望在以下几个方面得到进一步的应用和发展：1. 更高的频率范围：随着通信和雷达等领域对频率范围的需求增加，数字下变频技术需要适应更高的频率范围，提高信号处理的能力。
2. 更高的信号质量：数字下变频技术需要进一步提高信号的质量，减少噪声和干扰的影响，提高信号的可靠性和准确性。
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通信系统中的数字上变频和下变频
数字上变频器(DUC)和数字下变频器(DDC)不仅仅是通信应用(如软件无线电)中的关键，而且在需要窄带信号高速流的应用中也是重要的。
另外，DDC结构容易控制所有取样速率下的混淆防止分样。
让我们看看数字记录5MHz带宽(中心在50MHz)信号的问题。
此信号可以是来自RF-IF模拟下变频器的信号或者是直接从天线接收的信号。
为了满足尼奎斯特准则，我们需要以
105ms/s取样率取样此信号。
然而，为了合理地捕获此信号，应该在较高的取样率(至少200ms/s)取样此信号。
假设ADC为16位，在该速率下被取样的信号会产生400MB/s数据。
也许更难办的是以这样高速率采集和存储数据缺乏商业可用的方案。
大多数可用的PC基数字器仅能在大约几分之几秒内存储此数据。
数字下变频
DDC在持续时间期间可以数字记录RF信号。
在此实例中，我们仅需要记录5MHz信号(中心频率50MHz)，而不是ADC的整个尼奎斯特带宽。
DDC允许除去其余数据，并降低数据率。
在现场可编程门阵列(FPGA)中实现时，简单的数字下变频分为3个性质不同的步：频率变换、滤波和分样(图1)。
频率变换和滤波
第1步是频率变换。
5MHz频带需要降低变换到基带，靠乘或与载频(fc)正弦信号混频实现这种变换。
用数字控制振荡器(NCO)数字产生正弦波。
NCO通常也称之为本机振荡器(LO)，它可以在精确频率和相位下产生取样波形。
随着信号从50MHz变频到基带，信号拷贝也从50 MHz变频到100 MHz。
基于此原因，新的基带信号必须滤波，去除较高频率的信号。
然而，到此我们的任务没有完成。
我们仍有1个在200ms/s取样的低频基带信号。
传输额外不必要数据时不希望PC总线过载，我们重新取样信号来降低有效取样率。
这靠分样实现，在规则的时间间隔内从数字化的信号中去除数据点。
在此例中，取样从200ms/s下降到10ms/s，每20个取样去除19个取样。
防止混淆的分样
采用分样，数字化器的采集引擎继续以同样的最大速率进行取样。
然而，仅有少量的采集点被存储、被取出和传输到PC，这降低取样率到所希望的水平。
但是，此技术不是极简单的。
为便于说明，假定数字化器的最大取样率是100MS/s，使其尼奎斯特频率为50 MHz，而信号有两个分量：10 MHz基频和20MHz激励频率分量。
若数字化器分辨率为14位，则在100MS/S总数据率是200MB/s，这远远高于PCI总线理论极限132MB/s。
这是采用较低取样率(如25MS/s)的1个原因。
现在尼奎斯特频率应该是12.5MHz。
然而，20MHz频率分量混淆回到5MHz。
现在，不可能告知信号实际上是否是5MHz信号或混淆到5MHz的另外较高频率信号(20MHz，30MHz，45MHz)。
解决此问题的1种方案是称之为防止混淆分样的增强分样技术。
在此技术中，数字化器继续在100MS/s最高取样率下采集数据，但加1个低通数字滤波器，在分样前截止尼奎斯特频率(图2)。
正交数字下变频
图1所示DDC只适用于单维调制信号。
这种信号的1个实例是AM无线电的双边带幅度调制信号，它用比实际所需两倍的带宽。
这样的信号在低和高于载频是相同的。
很多新式通信信号是两维调制。
编码和调制这些复数信号为实数和虚数分量。
用正交DDC 适当地下变频复数信号。
正交DDC不仅仅变频、滤波和分样ADC采样的IF信号，而且它也分离IF信号为实数和虚数分量。
实数部分是同相(I)信号，虚数部分是90°相移(Q)信号。
在图3中，NCO产生两个载波信号：I载波和Q载波，它们相移90°。
独立地混频这些信号，变频输入IF信号为基带I和Q分量，像从前那样滤波和分样每个通路。
从此，可由FPGA 进一步处理I和Q信号或后面的处理记录它们。
正交数字上变频
在数字通信领域，信号像经常被采集那样需要产生。
很像DDC用于采集IF信号，DUC用于产生IF信号。
DUC处理是DDC处理的严格反处理。
代替下变频和分样，DUC采用内插和上变频。
内插或上取样转换低取样率调制信号为相当高取样率信号，以易于上变频。
该步往往用软件实现，可以用任何因数乘整个的波形大小。
例如，可以用2048内插因数内插16KB调制波形为32MB。
最后，调制内插数据与载波混频，上变频基带信号为所需的载波频率。
任意波形产生器可以下载整个的上取样、上变频信号到板上存储器。
然而，带DUC的产生器以硬件代替软件执行内插和上变频级导致明显更快速的波形计算和更小的波形大小。
高效率处理和更小的波形节省了下载时间并使得再现时间更长，这改善了很多通信测量和检验的统计性能(如误码率，格子结构图，星座图)。