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1、第17卷第1期高等函授学报(自然科学版)Vol.17No.12004年2月JournalofHigherCorrespondenceEducation(NaturalSciences)February2004文章编号:1006-7353(2004)01-0053(17)-04X浅析数字下变频中的NCO何水艳(华中师范大学计算机科学系,湖北武汉 430079) 摘要:软件无线电是以开放性、通用性、可扩展的最简单硬件为平台,通过加载各种应用软件来适应不同用户不同应用环境的需求,实现各种无线电功能。但由于受A/D转换器和
2、DSP器件硬件水平制约,目前软件无线电实现方案大多采用数字上、下变频技术。数控振荡器(NCO)是影响数字下变频器性能的关键器件,本文对NCO的工作原理进行研究,在此基础上提出了一种基于DDS技术的设计方案。关键词:软件无线电;DDS;NCO中图分类号:O4-39文献标识码:A 软件无线电台区别于软件控制的数字无号变到基带后,再把数据送给通用DSP进行线电台的重要标志,是其功能尽可能的全部处理。如图1(b)所示。用软件来实现。因此,软件无线电台中模数因为理想的软件无线电结构不仅对A/转换器(A/D)和数模转换器(D/
3、A)的位置尽D/A转换器的性能如转换速度、工作带宽、可能地靠近天线。图1(a)是理想软件无线动态范围等提出了非常高的要求,同时对后续DSP或ASIC的处理速度的要求特别高,后续的DSP处理器很难满足实时处理的要求。所以,现行的软件无线电实现方案大多采用数字上变频(发射机)和下变频(接收机)技术,通过对数字信号的采样率进行变换,以缓解DSP处理速度的压力。图1(b)给出了一种基于变频技术的软件无线电实现结构,可见它与理想结构相比,增加了模拟预处理图1 软件无线电的理想结构(a)和可行方案(b)(即模拟混频、滤波和放大等
4、)和数字变频环电的组成方框图。可以看到,软件无线电台的节。本文重点研究数字下变频(DDC)和关键主要硬件支撑是数字信号处理器(DSP),在[1]器件NCO的工作原理与设计方案。此基础上通过编制各种软件完成各种功能而1.数字下变频的工作原理及其性能(Digital构成一个完整的电台。因此,DSP的负担很DownConverter—DDC)重,就目前而言,DSP在速度上还远远达不1.1数字下变频器的工作原理到理想软件无线电台的要求。为了减轻DSP数字下变频器的组成与模拟下变频器类的处理压力,通常把A/D转换器传来的数字似
5、,包括数字混频器,数字控制振荡器(Nu2信号经过DDC处理降低数据流速率,并把信mericallyControlledOscillator—NCO)和低通X收稿日期:2003-05-3053©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第17卷第1期高等函授学报(自然科学版)Vol.17No.12004年2月JournalofHigherCorrespondenceEducation(NaturalSciences)February200
6、4滤波器(LPF)三部分组成,如图2所示。[3]变频。1.2性能分析数字下变频中的频率步进、频率间隔等具有理想的性能,另外,数字下变频器的控制和修改较容易等特点也是模拟下变频器所无法比拟的。影响数字下变频性能的主要因素图2 数字下变频器的组成有两个:一是表示数字本振、输入信号以及混从工作原理讲,数字下变频与模拟下变频乘法运算的样本数值的有限字长所引起的频是一样的,就是输入信号与一个本地振荡误差;二是数字本振相位的分辨率不够而引信号的乘法运算。数字下变频的运算速度决起数字本振样本数值的近似取值。也就是说定了其输入信号数
7、据流可达到的最高速率,如果数字混频器和数字本振的数据位数不够相应地也限定ADC的最高采样速率;另外数宽,就存在着尾数截断的情况,数字本振相位字下变频的数据精度和运算速度影响着接收的样本值存在近似的情况,则根据截断和近机的性能,所以,数字下变频器必须进行优化[2]似的程度,会或多或少地影响DDC的性能。设计。由此可见,这两个因素都与NCO有关,NCO的目标是产生一个理想的正弦或NCO是影响DDC性能的一个关键部件。余弦波(下面用正弦通称正弦或余弦),更确2.NCO的研究切地说是产生一个可变频率的正弦波样本,2.1关于D
8、DS的工作原理及设计思想如公式本文NCO的设计采用DDS,首先介绍floS(n)=cos2π··n(n=0,1,2⋯)一下DDS的工作原理。fs直接数字频率合成就是人们所说的(1)DDS(DirectDigitalSynthesis),是产生频率的式中flo为本地振荡频率,fs为DDC输入信一种新颖的频率合成技术。因为这种技术是号的采样频率。直
