FPGA在软件无线电中的工程应用之数字上下变频篇

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1、FFPGPGAA//CCPPLDLD在软件在软件无线无线电中的电中的工程工程应用应用数字上数字上下下变变频篇频篇中嵌教育中嵌教育((wwwwww..cchhiinanaeeddaa.c.cnn))谢谢大钊大钊编著编著谢大钊编著概述概述数数字上字上下下变频器变频器的的组成组成与与模拟上模拟上下下变频变频器类似器类似，，包括包括数数字混频字混频器器、数、数字字控制振控制振荡器荡器（（NNuummeerriiccaallllyyCCoonnttrroolllleeddOOssililllaattoror--NNCOCO）和）和低通滤低通滤波波器三器三部部分组成分组成，，下面下面我我

2、们就以们就以数字数字下变频下变频为为例来例来讲讲述其工述其工作作原理．原理．谢大钊编著数字下数字下变频变频器的组成器的组成谢大钊编著数字下数字下变变频频与与模拟下模拟下变变频频的的比较比较从工作原理上讲，数字下变频与模拟下变频是一样的，就是输入信号与一个本地振荡信号的乘法运算．与模拟下变频相比，数字下变频的运算速度受DSP处理速度的限制，同时其运算速度决定了其输入信号数据流可达到的最高速率，相应地也限定了ＡＤＣ的最高采样速率；另外数字下变频的数据精度和运算精度也影响着接收机的性能，所以数字下变频器必须进行优化设计．谢大钊编著在在模拟模拟下下变频中变频中，，混频混频器的器的非非

3、线线形形和模拟和模拟本本地振地振荡荡器的频器的频率率稳定稳定度、度、边带边带相相位噪位噪声温声温度度漂漂移转换移转换速速率等都率等都是是难难以以彻底解彻底解决的决的问题问题．．这些这些问题问题在在数数字下变字下变频中是频中是不存不存在在的的，频，频率率步进步进、频、频率间隔率间隔等也具有等也具有理理想想的的性能性能，，另外另外数数字字下变频下变频器的控器的控制和制和修改修改较较容易容易等等特点也特点也是模拟是模拟下变频器下变频器所所无无法法比拟的．比拟的．谢大钊编著数字下数字下变变频频与与模拟下模拟下变变频频的的比较比较影响影响数数字字下变频下变频性能性能的的主主要因要因素素

4、有两有两个个：：１１，，表示表示数字数字本本振、输振、输入入信号信号及及混频乘法混频乘法运算的运算的样样本数本数值值的的有有限字限字长所长所引起引起的的误误差差．．也也就是就是说说数数字混频字混频器器和数和数字字本振的本振的数数据位据位数数不够宽不够宽，，存存在在尾尾数数截断截断的的情情况况．．22，数字，数字本本振相振相位位的分的分辨辨率率不够不够而而引起引起数字数字本振样本振样本数本数值值的的近近似似取取值值。。谢大钊编著数字控数字控制制振振荡器荡器数字控制振荡器在DDC中相对来说是比较复杂的，也是决定ＤＤＣ性能的最主要因素之一．NCO的目标就是产生一个理想的正弦或余弦波

5、（下面用正弦来通称正弦或余弦），更确切地说是产生一个频率可变的正弦波样本，如下式：S(n)=cos(2π*(flo/fs)*n)式中，flo为本地振荡频率；fs为DDC输入信号的采样频率．谢大钊编著查查表表法法产生产生正弦正弦波波样本样本正弦正弦波波样本样本可可以用以用实实时时计计算的算的方方法法产产生生，，但但这这只适只适用用于于信号信号采采样频样频率率很很低的低的情情况况．在．在软软件无件无线电线电超超高高速速信号信号采采样频样频率率的的情情况况下，下，NNCOCO实实时时计计算的算的方方法法实现实现比较比较困困难难．．此此时时NNCOCO产产生正弦生正弦波波样本样本最有

6、最有效效、、最最简便简便的的方方法就是法就是查查表表法，法，即事即事先根先根据据各各个个NNCOCO正弦正弦波相波相位计位计算算好好相相位位的的正弦正弦值值，，并并按按相相位位角角度作度作为地为地址址存存储该储该相相位位的的正弦正弦值值数数据据．．谢大钊编著查查表表法法产生产生正弦正弦波波样本样本DDCDDC工工作作时，时，每向每向DDDCDC输输入一个入一个待待下变频下变频的的信号信号采采样样本，样样本，NNCOCO就就增加增加一一个个２２ππ((fflloo//fsfs))相相位位增量增量，，然后然后按照按照∑２∑２ππ((fflloo//fsfs))相相位位累累加角加角

7、度度作作为地为地址址，，检查该检查该地地址址上上的数的数值值并并输输出出到到数数字混频字混频器，与器，与信信号样号样本本相乘，乘相乘，乘积积样本样本再经再经低低通滤波通滤波器器滤波滤波后后输输出出，，这这样就样就完完成成了了数数字下变字下变频．频．谢大钊编著查查表表法法产生产生正弦正弦波波样本样本由由以上分以上分析析可可以以看出看出数数控控本振本振由由三部三部分组成分组成：：包括相包括相位位累加累加器器、相、相位位加加法器法器及及正弦正弦表表只读只读存存储储器．相器．相位位累加累加器器的作用就的作用就是