fpga在软件无线电中的工程应用之ad技术篇

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1、FPFPGAGA在软件在软件无线无线电中的电中的工程工程应用应用A/DA/D技术篇技术篇中嵌教育中嵌教育((wwwwww..cchhiinnaeaeddaa.c.cnn))谢谢大钊大钊编著编著谢大钊编著软件无软件无线电线电中的中的AA/D/D技术技术软件无线电体系软件无线电体系结结构的构的一一个重要个重要特点特点是将是将AA/D/D尽尽量量靠靠近近射频前端射频前端..为为减减少少模拟环模拟环节节,,在在较高较高的的中频中频,,乃至对乃至对射射频信频信号号直接进行直接进行数字化数字化..这这就就要求要求A/DA/D器器件具件具有有适适中中的采样的采样速率和速

2、率和很很高的高的工工作带宽作带宽..为为适适应应错错综复杂的综复杂的电磁环境电磁环境,,AA/D/D器器件除了件除了要要有高有高速度速度、、大带大带宽外宽外,,同时同时还还需需要要大动态大动态范围范围..谢大钊编著如如下图下图所所示，宽带示，宽带AA/D/D和和D/AD/A转换转换器器是软是软件件无线电无线电硬硬件平件平台台中必不可中必不可少少的一的一部部分。分。模拟前端宽带A/DFPGA/DSP宽带D/A软软件无件无线线电硬件电硬件平台平台谢大钊编著AA/D/D转换转换器器原理原理nn采样采样nn量化量化nn编编码码谢大钊编著nAA/D/D转转换器换器功

3、能功能::将将模拟模拟电电压成正压成正比比地转地转换换成数成数字量字量输入模拟电压输出数字量UIA/DD7~D0000000000分辨率:5V/255=0.0196V/~~每1个最低有效位5V11111111谢大钊编著AA/D/D转转换过换过程程电源A/D精密稳时序控转换器压电源制电路三模拟A/D电数字寄存器态路门输出输入主机读取转换完成信号A/D转换命令由主机检测命令（来自主机）或申请中断谢大钊编著数数据据采采集集模模块块的的设计设计A/D转换命令模拟采样/A/D接FPGA输入保持器转换器口读取数据命令转换完成信号谢大钊编著DA转换器原理nD/AD/A功

4、能功能::将将数字数字量量成正成正比比地转换地转换成成模拟量模拟量4位数字量模拟量8位n位10位n=D/A0~5V或12位0~10V16位谢大钊编著信号采样信号采样理论理论软件无线电的核心思想是对天线感应的射频模拟信号尽可能地直接数字化，将其变为适合于FPGADSP或计算机处理的数据流，然后由软件（算法）来完成各种各样的功能，使其具有更好的可扩展性和应用环境适应性。所以，如何对所感兴趣的模拟信号进行采样？如何选取适当的采样方式减轻FPGA的处理负担?如何选取适当的采样频率去除混叠信号？如何采样才能实现无线电信号的频谱搬移（即降低无线电信号的载频或中频）？

5、也就成为了最关键的问题。谢大钊编著d(t)X(t)S0t0t(a)(b)信号采样信号采样图示图示谢大钊编著NNyyququiistst采样采样NNyyqquuiistst采样采样定理定理::设设有有一个一个频率带频率带限限信号信号xx(t(t))，其，其频带频带限制限制在在（（00，，fh)fh)内，内，如果以不如果以不小于小于fsfs==22fhfh的的采采样速率对样速率对xx(t(t))进行进行等等间隔间隔采采样样，，得到得到时时间间离散离散的采的采样样信号信号xx(n(n)=)=xx((nnTsTs)()(其其中中TTss==11//fsfs称称为采

6、样为采样间间隔隔），原），原信号信号xx(t(t))将将被被所所得到得到的的采样采样值值xx(n(n))完完全确全确定。定。谢大钊编著X(w)X(w)S-wH0wHw-wS-wH0wHwSw(a)(b)抽样前后的信号频谱w-wwHèèwS>2wH谢大钊编著带带通通采样采样带带通通采样采样定理定理::设设有一个有一个频频率带率带限限信号信号xx(t(t))，，其其频带频带限制限制在在（（flfl，，ffh)h)内内，，如果其如果其采样速率采样速率fsfs满满足：足：fsfs==22((ffll++fhfh)

7、)//((22nn++1)1)式式中中，，nn取能取能满足满足fsfs大大于于等于等于22((fhfh--ffl)l)的的最最大大正整正整数数（（00,,11,2,2…………..），），则则用用fsfs进行进行等等间隔间隔采样采样所所得到得到的的信信号采样号采样值值xx((nnTTs)s)能能准确准确地地确确定原定原信号信号xx(t(t))。。谢大钊编著带带通通采样采样若用带通信号的中心频率fo和频带宽度Ｂ也可表示采样速率：fs=4fo/(2n+1)式中，fo=(fl+fh)/2,其中n取能满足fs≥2B(B为频带宽度）的最大正整数。可以看到，在上式中当f

8、o=fh/2、B=fh时，取n=0，就是Nyquist采样定理，即