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1、文章編號：1009-8119（2006）01-0043-02基于FPGA的數字中頻接收系統(tǒng)趙國棟郭德淳（北京理工大學信息科學技術學院，北京100081）摘要對基于軟件無線電的數字中頻接收系統(tǒng)進行了討論，對基于FPGA的數字下變頻模塊進行了優(yōu)化設計，并給出了具體設計方案。關鍵詞軟件無線電，數字中頻，數字下變頻器，F(xiàn)PGA，DDCDigitalIntermediateFrequencyReceivingSystemBasedonFPGAZhaoGuodongGuoDechun（SchoolofInformationandScience，BeijingInstitute
2、ofTechnology，Beijing100081）AbstractInthispaper，sometechniquesindigitalintermediatefrequencyreceivingsystemwereintroduced。TheDDCbasedonFPGAisstudied,andonespecificdesignisgiventoo.KeywordsSoftwareradio，Digitalintermediatefrequency，CIC，F(xiàn)PGA，DDC31引言軟件無線電技術是現(xiàn)代無線電技術領域的一次革命，它不僅是軍事研究的課題，而且已成
3、為當前新一代無線通信系統(tǒng)的關鍵技術。軟件無線電的核心思想是構造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，將各種功能，如工作頻段、調制解調類型、數據格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件來完成，并使寬帶A/D轉換器盡可能靠近天線，以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統(tǒng)[1]軟件無線電技術極大地促進了數字中頻接收技術的發(fā)展。數字中頻接收系統(tǒng)采用寬帶中頻結構，對信號在中頻進行寬帶數字化處理，不僅在一定程度上簡化了接收機前端電路設計，而且配以后續(xù)的數字化處理，具有更好的波形適應性、信號帶寬適應性以及可擴展性，是近期最為可行的一種設計方案。2數字中頻接收系統(tǒng)數字中
4、頻接收系統(tǒng)的框圖如圖1所示。ADC數字下變頻及抽取濾波DSP+軟件中頻輸入基帶信號圖1數字中頻接收系統(tǒng)數字中頻接收系統(tǒng)是由高速ADC模塊、數字下變頻及抽取濾波處理模塊,以及專用數字信號處理（DSP）模塊組成。輸入的模擬中頻信號先經過高速ADC模塊，在中頻進行帶通采樣數字化，然后進行數字下變頻，將感興趣的信號轉換至基帶，同時做抽樣率轉換及濾波處理，之后由后續(xù)的專用數字信號處理器（DSP）進基帶信號處理。中頻采樣由高速ADC來完成，由于中頻數字接收系統(tǒng)是對信號在中頻進行數字化，因此選用帶通欠采樣（相對于載波信號）的方法，用相對較低的采樣速率來反映信號的特性，不僅可以大
5、大降低采樣速率，同時還可以完成頻譜下搬移的過程，在很大程度上減少了后面DSP芯片信號處理的負擔。A/D采樣之后的數字信號速率非常高，要從這些高速信號中得到有用的基帶信號，需要有效地對其進行數字下變頻、抽取、濾波等處理，這些功能可以采用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）來實現(xiàn)。FPGA具有較高的處理速度和較高的穩(wěn)定性，同時又具有設計靈活、易于修改和維護的優(yōu)點，可以適應不同的系統(tǒng)的要求，采用靈活的結構滿足不同的需要，提高了系統(tǒng)的適用性及可擴展性。專用數字信號處理器（DSP）主要是通過軟件來實現(xiàn)數字基帶信號處理以及比特流控制、編碼解碼等高速的數據交換和處理功能。DSP的運算速
6、度和精度決定著系統(tǒng)的數據處理能力，同時也會對整個系統(tǒng)的性能和結構產生重要的影響。3在本文所設計的中頻數字化接收系統(tǒng)中，輸入信號為中頻70MHz，帶寬2MHz，A/D轉換器采用AD公司的AD6645,采樣精度14位，采樣頻率60MHz，數字下變頻模塊將其轉換為正交數字基帶信號，并實現(xiàn)10倍抽取，輸出的6MHz速率數據送入專用數字信號處理器進行基帶數字信號處理。3基于FPGA的數字下變頻及抽取濾波設計數字下變頻克服了模擬下變頻中存在的混頻器的非線性和模擬本振的頻率穩(wěn)定度、邊帶、相位噪聲、溫度漂移、轉換速率等問題，其頻率步進、頻率間隔也具有理想的特性，因而得到了廣泛應用
7、[1]。數字下變頻原理框圖如圖2所示。五級CIC濾波器補償濾波器半帶濾波器圖4多級抽取濾波整體方案抽取濾波抽取濾波NCO圖2數字下變頻框圖數字下變頻由數字混頻器、數字控制振蕩器（NumericallyControlledOscillator—NCO）、和抽取濾波部分組成。NCO產生的正交本振信號輸入到數字混頻器與輸入信號進行混頻，經混頻后的信號輸出到抽取濾波器以濾除倍頻分量和帶外信號，并進行抽取處理。3.1數控振蕩器（NCO）數控振蕩器（NCO）是決定數字下變頻（DDC）的性能的主要因素之一。NCO的目標是產生頻率可變的正交正、余弦樣本，在FPGA中，NCO采用直
8、接數字頻率
