软件无线电作业.doc

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1、软件无线电大作业71数字下变频及抽取技术研究软件无线电是将无线电发信机的数字化点(A/D，D/A)尽可能靠近天线，理想情况是在天线的后端进行射频采样，数字化后，所有的处理都可用具有软件定义的无线通信功能模块来完成。由于受ADC器件的限制，无法直接对射频信号进行采样。因此，目前的方案是在中频进行数字化，即把射频信号经过一次或者多次混频后，将信号搬移到几十MHz的中频段，再进行ADC的带通采样。但是，带通采样后的数据量仍然极大，这对数据进行后处理的DSP器件或FPGA器件不堪重负。软件无线电接收机在中频接收的是系统的整个频段，但对单个用户来说却只占用

2、其中一个很窄的信道，因此数字下变频部分要完成的任务：(1)将包含所有信道的宽带信号进行信道分离，分别提取需要的窄带信道；(2)对于分离后的窄带信号，降低对其的采样频率，从而降低此信道的数据量，以减轻基带处理部分对DsP或FPGA的计算要求的压力。当抽取率尺较大时，若要一次完成抽取，则要求抗混叠滤波器的通带带宽非常窄，过渡带非常陡，则滤波器的阶数必然要求达到几百甚至几千阶，如此大的运算量是DSP或FPGA器件无法实时处理完成的。因此，当抽取率很高时，通常采用多级抽取技术，这样做比单级抽取所需的计算量小得多。多级抽取实现的途径一般采用以抽取率为2的抽

3、取器为基本单元，若抽取率R=R1×2k，则在第一级采用运算简单的级联积分梳状抽取(CascadedIntegrator-Comb，CIC)滤波器，其抽取率为RI；其后，为K个半带滤波器和2倍抽取器。2级联积分梳状滤波器原理级联积分梳状抽取滤波器的基本结构的主要组成部分为抽取器(抽取因子为R)。在抽取器左边是由N个采样频率为fs的级联积分器组成。每一级积分器都是单极点，反馈系数为1的滤波器，它的传输函数为HI(z)=1/(1一z-1)；而在右边是由N个采样频率为fs/R的级联微分器组成。每一级微分器可以延时从此延时参数M滤波器的设计参数，可用来控制

4、滤波器的频率响应，在CIG滤波器设计中，它的值严格限制为1或2。每一级微分器的传输函数为(参考输入采样频率fs/R)：Hc=1-z-RM；最后一级滤波器的输出采样率是fs/R。因此，整个CIC滤波器的传输函数为从式中可以看出，级联CIC抽取滤波器是由N个矩型滤波器级连而成，故名级联梳状滤波器。从结构上看，级联CIC抽取滤波器中只有加法运算而没有乘法运算，故在实现上是很方便的。级联CIC抽取滤波器具有低通的频率特性。设z=ej2πf/R，其中厂是用采样频率fs/R归一化后的频率。带入H(z)得到它的频响。R、M和N是作为滤波器设计参数，通过选择它们

5、来控制从零频到采样频率届之间可以接受的通带宽度。计算H(z)的幅频特性为

6、H(f)

7、=[(sinπMf)/sin((πf)/R)]。由上式可见，在f=1/M整数倍时，滤波器的传输函数幅频响应等于零。因此，微分器的延时参数M作为控制滤波器零点的设计参数。对任何CIC滤波器而言，它的传输函数一定有RM个零点。这些零点在z平面中是均匀分布在单位圆上，仅在z=0时，不为零。随着N的增加，z的零点阶数也随之增加，即向零点频率收敛方向的频率衰减加剧。随着滤波器级数N的7增加，旁瓣电平的衰减也增大。同时，随着零点的阶数的增加，带内衰减也同样加大，从而，造成了滤

8、波器通带带宽的变窄。在有些应用场合，这是无法接受的。为了补偿由于随着N的增加，引起通带内频率的衰减，一般采用在级联CIC抽取滤波器之后再级联一个低通滤波器来补偿。这个补偿滤波器的组成一般采用半带滤波器和普通FIR滤波器，此FIR滤波器组要求对级联CIC抽取滤波器带内的衰减进行补偿且具有较陡直的滚降特性。补偿滤波器的采样频率为CIC滤波器抽取后的采样频率。如果将补偿滤波器设计成FIR滤波器，那么当通带内的误差容限要求很高时，则要求FIR滤波器的阶数增加。3多路抽取和符号率转换问题3.1问题的提出对于下变频系统来说，要解决两个问题：1)接收下来的是系

9、统的整个频段(0，fs/2)。而对于一个通信用户而言只占用其中一个很窄的信道，如TACS系统中，系统频段为15MHz，而信道带宽只占25kHz。数字下变频把数字中频信号变换到基带，将所需要的信道从宽带信号提取出来，降低采样速率，以减轻基带部分对DSP处理速度的压力。2)基带处理要求下变频器输出的信号是符号率的整数倍，而对于带通采样来说，采样率区间随着载波频率而变化，对多速率信号的带通采样就很难保证实现整数倍的符号，这就需要在数字下变频的系统中增加速率变换功能。广义的数字下变频功能框图如图1所示。图1数字抽取功能3.2解决问题的思路对于问题1)，假

10、设数字下变频的宽带采样信号为c(n)，将它搬到基带需要乘以一个复指数：x(n)=c(n)e-2nπf，其中，fc是所需要信道载波频率：f