fpga在软件无线电中的工程应用之多速率信号处理篇

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1、FPFPGGA/A/CCPLDPLD在在软件软件无无线线电电中的中的工工程程应用应用多速率多速率信信号号处处理篇理篇中嵌教育中嵌教育((wwwwww..cchhiinnaaeedda.ca.cnn))谢大钊谢大钊编著编著谢大钊编著概述概述对于对于高高速速无无线通信线通信系系统，统，随随着采样着采样速率速率的提高的提高带带来的来的另另外一个外一个问问题就题就是是采样后的采样后的数据流数据流速速率很率很高高，导致，导致后后续的续的信信号处理速号处理速度跟不度跟不上上，特，特别别是对有是对有些些同步同步解解调算法，调算法，其计算其计算量量大，大，如

2、如果数据果数据吞吞吐率吐率太太高是很难高是很难满足实满足实时时性要性要求求的，所的，所以以很有很有必必要对要对AA/D/D后后的数据的数据流流进行进行降降速处理。速处理。谢大钊编著概述概述例例如，如，一一个实际个实际的的无线无线电电通信信号通信信号带宽一带宽一般般为几为几十十千赫兹千赫兹到到几几百百千千赫兹，赫兹，实际对实际对单单信号信号采采样时所样时所需需的采的采样样速率是速率是不高的不高的，，所以对所以对这种窄这种窄带带信号信号的的采样数采样数据流进据流进行行降速降速处理处理或者或者叫叫二次二次采采样是样是完完全可能全可能的。的。多多速速

3、率信号率信号处理处理技术技术为为这种这种降速处降速处理理的实的实现现提提供了供了理理论依论依据据，其中，其中最最为为重重要要也也是是最最为为基本基本的理的理论论是是抽取和抽取和内插内插。。谢大钊编著整整数倍数倍抽取抽取多速率信号处理中的抽取理论是软件无线电接收机的理论基础。所谓整数倍抽取是指把原始采样序列每隔（D－1）个数据取一个，以形成一个新序列，其中D为抽取倍数。需要注意的是为了防止抽取后的频谱发生混叠，在抽取前需要先用一个数字滤波器对原信号进行滤波。经过抽取大大提高了信号的频域分辩率。谢大钊编著整整数倍数倍内插内插多多速速率率信信号号处

4、理中的处理中的内插内插理理论论是是软件软件无无线电线电发发射机射机的理的理论基础论基础。。所所谓整谓整数数倍倍内插内插就是就是指在两指在两个个原始抽原始抽样样点之间点之间插入插入(I(I--1)1)个个零值零值，，而只而只有有将内插将内插零点零点后的后的频谱频谱，进行，进行低低通通滤滤波波才能才能将将插入插入的的零零值点变值点变为为准确准确内内插值插值，，经经过内过内插将插将大大提大大提高信号高信号的时的时域域分辩分辩率。率。谢大钊编著具具有上有上变变频频作作用的用的内内插器插器利利用用内内插插（（插入零插入零点）点）不不仅仅可可以提以提高时

5、高时域分域分辨辨率，率，而而且且也可也可以以用用来提高来提高输出输出信号信号的的频频率。率。内插内插后后我我们得们得到到的的信号信号频谱频谱其实是其实是原始原始基基带带谱谱的的各各次次倍倍频分频分量的量的叠叠加加，，所以所以内插内插后后再加再加一一个带通个带通滤波器滤波器即即可取可取出出原始基原始基带带谱谱的的某某一一倍频分倍频分量。量。显然显然这这时的时的内插器内插器实际上实际上起起到了到了上上变频变频作作用用，，使使输出输出频频率率最最大大可可以提高以提高(I(I--1)1)倍倍，，而而其信号的其信号的频谱频谱结构结构不不变变。。谢大钊编

6、著取取样率样率的的分分数数倍变换倍变换之前之前我我们讨们讨论论的的整整数数倍抽倍抽取取和内插和内插实际实际上是上是取取样率样率变变换换的一的一种种特特殊情殊情况即况即整整数数倍倍变变换换的的情况情况，，然然而在而在实实际中际中往往往往会碰会碰到到非非整整数数倍倍即即分分数数倍变倍变换换的的情况情况。。那么那么分分数数倍变倍变换换的的情情况怎么况怎么来实来实现现呢？呢？谢大钊编著取取样率样率的的分分数数倍变换倍变换假设假设分分数数倍变倍变换换的的变变换比换比为为：：RR==D/ID/I那么那么取取样样率的率的分分数数倍变倍变换换可可以通以通过先

7、过先进行进行II倍内插倍内插再再进行进行DD倍抽取倍抽取来实来实现现。。需需要要注意注意的的是必是必须须内内插在前插在前，，抽取在抽取在后，以后，以确确保保其中其中间序列间序列的的基基带带谱谱宽度不宽度不小小于于原始原始输输入序入序列列谱或谱或输出输出序列谱序列谱的的基基带带频频谱谱宽度，宽度，否则否则将将会引起会引起信号信号失真失真。。谢大钊编著