一种接收机中频数字化的设计

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1、一种接收机中频数字化的设计【摘要】基于软件无线电的思想提出了一种接收机中频数字化的设计方案，采用带通采样、数字正交解调、滤波等技术，实现了中频信号数字化处理功能，并给出了软件仿真结果。该设计已在某导航接收机中得到应用。【关键词】中频数字化；带通采样；数字正交解调0引言长期以来，传统接收机大多采用模拟电路进行中频信号处理，但由于模拟中频电路存在混频非线性、本振频率稳定度、温度漂移、转换速率以及模拟参数调试困难等问题，导致接收机性能不稳定，尽管设计师们想尽办法进行设计改进，但结果不能令人满意，因此，提出了一种中频数字化接

2、收机的方案。与传统的模拟方式相比，中频数字化可以使得整个接收机具有高度的灵活性、通用性和可靠性。1中频数字化接收机数字化接收机的设计理念是尽可能靠近射频采样，其后的处理全部由数字信号处理平台完成。由于受到相关器件制造工艺水平和运算能力的限制，目前可行的方案是在模拟通道混频后对产生的中频信号进行模数变换，再送给后续的各个数字信号处理环节进行数字处理，最终完成接收机的功能。基于中频采样的数字接收机结构框图如图1所示，本文的重点是中频数字化处理。2中频数字化处理中频数字化处理以载波频率70MHz的AM调制信号为处理对象，中

3、频数字化是将70MHz模拟中频信号变换成数字中频信号，再经过带通滤波、抽取、数字正交解调等处理，最终转换成数字基带信号的过程。中频数字化处理主要包括A/D采样、带通滤波(BPF)、抽取、数字正交解调等。中频数字化处理流程如图2所示。2.1带通采样A/D采样是接收机中频数字化的第一步，同时也是关键一步。由Nyquist采样定理可知，当采样频率大于信号最高频率2倍时，所得到的采样值即可准确的还原原信号。对于70MHz的中频信号，若按照Nyquist采样定理进行采样，则其采样频率会很高，以至ADC器件很难实现，并且其后续处

4、理速度要求较高。而带通采样技术的采样速率在满足大于信号带宽两倍的情况下，选取远远低于信号最高频率的两倍速率就能正确地反映带通信号的特性。与Nyquist采样相比，带通采样降低了采样速率，极大地减小了后续数字信号处理负担。因此，本方案采用带通采样技术。带通采样定理：设一个频率带限信号s(t)，其频带限制在(fl)(fh)(内，如果其采样速率满足：■?燮fs?燮■(1)其中，n取能满足1?燮n?燮lg■且B2■=AH+m(n)(5)减去直流分量A。就可以解调出信号m(n)0当由于传输信道或其他一些原因而造成本地载波与信号

5、载波之间存在频差和相差时，同向分量和正交分量可表示为：XI(n)=^A(n)cos(?驻？棕(n)n+?驻？准(n))XQ(n)=JA(n)sin(?驻？棕(n)n+?驻？准(n))式中，？驻？棕(n)和？驻？准(n)表示差频和差相，它们可以是常量也可以是随机变量。对同相与正交分量进行平方之和开方的2倍运算可得：2B=AH+m(n)(6)由以上分析可知，AM信号用正交解调算法解调时，不需要载频严格的同频同相，方便硬件实现。理论上失配可以任意大，但失配严重时，信号会超出数字信道发生失真。仿真中频差在8KHz之内时，依然

6、可以得到很好的仿真结果。在数字正交解调中，数字低通滤波器起着至关重要的作用，其性能的好坏往往直接影响信号的质量。数字低通滤波器的目的就是为了滤除混频之后产生的倍频分量以及带外噪声，使信号能够较少的发生失真，增加信号的信噪比。由于经过抽取后的信号采样率较低，因此采用具有良好相位和稳定性的高阶FIR滤波器完成低通滤波，滤波器的相关参数由FDATOOL工具生成，具体设计如图5所示。3仿真结果以AM信号为仿真对象，仿真中的调制信号表达式为：s(t)=0.2cos180?仔t+0.3cos300?仔t利用本设计方案所采用的算法

7、来进行仿真，解调前后信号的波形如图6和图7所示，纵轴表示信号幅度值，横轴表示时间，单位为采样点的个数，相邻采样点间隔为40ns。可以看出最终输出的信号波形与原调制信号波形一致，从而验证了本设计方案的正确性、合理性和可行性。4结束语该中频数字化设计己在某导航接收机中实际应用，提高了现有接收机的性能。本方案从中频后完全采用了数字化设计，通过加载不同的软件，可以灵活地实现多种调制方式的接收机功能，具有较高的应用价值。中频数字化处理使得接收机设计更加灵活，可靠性得以提升，在数字化中频接收机中具有广泛的应用前景。中频数字化对于

8、接收机全数字化提供了可以借鉴的经验。【参考文献】［1］杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电原理与应用［M］.北京：电子工业出版社，2001.［2］黄智刚.无线电导航原理与系统［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2007.［3］张公礼.全数字接收机理论与技术［M］.北京：科学出版社，2005.1.［责任编辑：邓卵卵］