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1、数字下变频,汇报人：吴阳,LOGO,数字下变频：在超外差式接收机中，如果经过混频后得到的 中频信号比原始信号的频率低，那么此种混频 方式叫做下变频（Down Converter or DC）。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。数字下变频 Digital Down Converter or DDC）是软件无线电 的核心技术之一。,报告内容,主要内容,这篇论文主要解决数字下变频信号处理过程中一些问题，并行处理结构可以有效的降低采样率，多通道并行处理则可以有效降低处理成本。该论文介绍:(1)数字下变频技术；(2)分析了多种数控振荡器导致输
2、出 相位的不同，(3)总结了减少信噪比的误差因素，提供了特殊工程设计的指数分布 依据。,原理和结构,原理：数字下变频器(DDC)是接收机AD变换后，首先要完成 的处理工作，一般的DDC由本地振荡器(NCO)、混频器、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，数字 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，然后 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，很难实时的在FPGA中进行处理,DDC总体结构：NCO数字控制振荡器:是软
3、件无线电、直接数据频 率合成器（DDS，Direct digital synthesizer）、快速傅立叶变换（FFT，Fast Fourier Transform）等的重要组成部分，同时也是决定其性能的主要因素之一，用于产生可控的正弦波或余弦波。随着芯片集成度的提高、在信号 处理、数字通信领域、调制解调、变频调速、制导控制、电力电子等方面得到越来越广泛的应用。,CIC滤波器：抽取滤波器由积分滤波部分（）和梳状滤波（）两部分构成。一个阶的滤波器，积 分部分由个理想的数字滤波器级联组成，这些滤波器的采样率是。每一级都是反 馈系数相同的单极点滤波器。滤波器 的梳状部分工作在低采样率上，采样率为/,
4、R是采样率变换因子，为整数。这一 部分由个差分延迟为的梳状滤波器级联 而成,在滤波器设计中，差分延迟是一个控制 滤波器频率响应的设计参数，。,FIR滤波器:滤波器构成的多级抽取滤波器组进行滤波和 降采样处理，完成对整个信道的整形滤波再将 产生的正交基带信号（）、（）送到通 用处理器。进行信号识别等处理。一般根据阻带衰减要求确定积分梳状滤波器（）级联级数，但是级联积分梳状滤波器将引起有用信号通带的单调下降，通带的下降随着级联级数的增加而增加，为此后面级联第二个低通抽取滤波器，一般采用半带抽取滤波器（）和普通滤波器，滤波器对抽取滤波器有用信号通带的下降进行补偿且具有较陡直的滚降特性。当通带误差容限
5、要求较高时，为补偿滤波器的通带下降，滤波器的阶数较高,论文主体,1.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。,论文主体,2.合成：所有的和信号将混合成最后的I和Q路信号。,论文主体,3.NCO输出序列的相位差分析数控振荡器（NCO）是一个能产生两路正交数字频率输出的器件，它是数字下变频中不可缺少的一个环节。图8-1-1是一个NCO的原理框图。数控振荡器(NCO)主要由相位累加器和正弦、余弦查找表（Look Up Table）组成。在每个时钟沿将上次的相位和输入的相位相加得到本次的相位，再根据相位在正弦、余弦查找表（LUT）中查找出对应的正弦和余弦值后将其输出。正
6、弦、余弦查找表（LUT）中按以下函数存放数据：sin(n)=sin(2n/N)cos(n)=cos(2n/N),这里，n 是输入到LUT中的地址；N 是LUT中样本的数量 sin(n)是正弦波在(2n/N)位置的幅度；cos(n)是余弦波在(2n/N)位置的幅度。将n从0增加到N使得LUT输出一个完整周期的正弦和余弦波形的幅度值。2n/N代表0到2之间被分出的相位角。根据输入控制数据决定n在输出周期（时间间隔t）内如何在0到N之间增加。每个系统时钟下，LUT的地址增加一次，其增加量由相位输入数据phasem.0来控制。相位角数据由累加器累加并存储在累加器寄存器中。相位累加器的输出用于决定LUT
7、的地址。NCO输出多路正余弦信号，各有不同的相位差，但在相位分离后有相同的采样率。以正弦信号为例，等同于分析此式：d(n)=sin（2pif*nT）很容易发现多路信号间存在相位差。,4.量化影响和误差分析 输出频率由输入系统时钟的频率和输入相位决定的。相位值的宽度m决定了NCO的最小频率调节值。当输入的相位值为1时，宽度为w时，输出最低频率，也就是输出频率的调节精度。根据奈奎斯特采样定理，输出最大频率为。NCO输出正弦、余弦波幅度的位数由LUT中的数据位数决定。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 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
8、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。,所做工作,基于matlab的数字下变频设计步骤：步骤一：确定数字频率合成器输出频率步骤二：确定总抽取率D步骤三：确定各级滤波器设计参数CIC滤波器（所谓的积分梳妆滤波器）：抽取率、级数；补偿滤波器和FIR滤波器：抽取率、阶数及系数。,数控振荡器,NCO采用的直接数字频率合成技术(DDS)是一种实用的频率合成技 术，DDS由相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术。DDS合成技术采用了简便和有效的查表法，即根据各个正弦波相位计 算好相位对应的正弦值，存在ROM中。随着时钟周期变换，相位累加 器不断频率控制字累加，
9、送出相应的相位累加值；按照产生的相位累 加值在正弦数据存储单元中查出对应的正弦幅度值并输出。当一个周 期相位满后，查找表回到初始值。,CIC滤波器,CIC滤波器：是一种重要的用于采样率变换的高效率滤波器，结构整齐，运 算简捷，硬件资源利用率很高，常用于高采样率数据端口和高变 换比率的场合，即靠近模拟部分的一端。CIC算法模型：,HB（半带滤波器),HB滤波器非常多的用于实现D=2倍的抽取，计算效率比普通FIR效率高出近一倍，时间也更快。HB性质：HB的冲激响应偶数点全是零(零点除外)，所以HB只有一般FIR运算量的二分之一。,FIR滤波器,FIR滤波器设计方法以直接逼近所需离散时间系统的频率响应为基础，主要是选择有限长度的h(n)，尽可能逼近传输函数。窗函数法是指定连续的理想频率响应，然后用积分方法求出理想滤波器的单位抽样响应。容易做到线性相位、稳定，可以设计各种特殊类型的滤波器，设计方法简单。但是幅频指标不理想，不易控制边缘频率。其中采用汉宁(hanli)窗设计的滤波器，主瓣和旁瓣有大约50dB的差距，并且过渡带宽、通带波动比较小，而且其旁瓣下降比较快，基本满足设计要求。,谢谢！,
