一种数字中频接收机的设计与实现
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一种高性能数字中频接收机的设计及实现
样 中的直 流分 量 ， 影响 了数 字 中频 的低端 性 能 时 同
根 据 式 １ ＡＤ 的 采 样 率 和 中频 频 率 之 间 为 等 式 ， ， 限
制 了 中频 频 率和 ＡＤ 采样 率 的 选择 ， 对 中频 频 率 而
较 高 的 系 统 ， 可 能 无 法 找 到 合 适 的 ＡＤ 采 样 率 ； 很 同 时这类 方 案只适 用于全 相参 雷达 系统而 无法 用于 中 频 相 参 雷 达 。 用 ＮＣ 采 Ｏ＋ Ｌ Ｆ的 数 字 中 频 目 前 在 通 Ｐ 信 系 统 中 应 用 较 多 ， 由 于 目前 雷 达 系 统 中 频 综 一 但
信 号 的 频 谱 分 布 并 不 充 满 整 个 频 带 ， 以 可 欠 采 样 所 而 保 证 信 号 的 有 用 频 谱 不 产 生 混 迭 ， 而 得 到 正 确 从
２ ２ 联 合 相干中频 处理 ．
的 幅 相 误 差 较 大 ， ＩＱ 的 幅 相 误 差 会 严 重 影 响 雷 而 ／ 达 的 整 机 性 能 行复杂 的校 正处 理。。 字中频利 用 中频直 接采 样 ， 数 通 过 数 字 信 号 处 理 获 得 视 频 ＩＱ 信 号 ， 有 ＩＱ 镜 ／ 具 ／ 频 抑 制 比 高 、 性 动 态 范 围 大 、 积 小 、 量 轻 、 致 线 体 重 一 性 好等 优点 ， 现 代高 性 能雷达 的发展 方 向。 是
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Hale Waihona Puke 现 代 雷 达 第 １期
一
种 高 性 能数 字 中频接 收机 的设 计及 实现
王金础 杨 正 远
（ 流 信 息技 术 有 限 公 司 成 都 ６ ０ ２ ） 潮 １０ １
【 要 】 采 用 中频 回赦 和 中 颤相 参 信 号 联 合 相 干 处 理 ， 场 采 样 － 场 处 理 － 程 传 话 的体 系 结 构 实 现 了 高性 摘 现 现 远 能 数 字 中频 雷 达 接 收 机 ． 性能 可 以满 足 现 代 高性 能 雷 达 系 统 的需 要 。 其 【 键词 】 敷 字 中频 ． Ｉ 滤渡 ， 性 动 态 范 围 ． 频 抑 制 比 美 ＦＲ 线 镜
数字中频接收机技术应用及国产化实现
数字中频接收机技术应用及国产化实现张佳明【摘要】在当下国家倡导的“保障信息安全，实现核心软硬件国产化自主可控”已被上升到国家安全层面。
随着国产半导体集成电路的发展，采用国产器件实现数字中频信号接收机成为可能。
文章从数字中频接收机的基本构造及原理入手，对国产器件现状进行分析，提出了一种数字中频接收机的国产化方案。
%In the moment the country advocates the protection of information security, the realization of the core software and hardware localization of autonomous control has been raised to the national security level.Along with the development of domestic semiconductor integrated circuit, it is possible to implement digital intermediate frequency signal receiver.Based on the basic structure and principle of digital intermediate frequency receiver, this paper analyzes the present situation of domestic device, and puts forward a new method of digital IF receiver.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】2页(P141-142)【关键词】数字中频接收机;国产器件;自主可控【作者】张佳明【作者单位】广州海格通信集团股份有限公司，广东广州 510000【正文语种】中文目前我国应用的数字接收机大部分都以进口集成电路为主，数字化的中频信号或射频信号接收机需要大规模可编程集成电路、高性能信号处理器以及高采样率和带宽的模数转换器。
600Mbit／s高速数传数字中频接收机DFT结构设计
ｔｒ ｓｍａｃ ｅ ｑ ａ ｅｒ ｏ ａｓ ｄ ｃ ｓｎ ｌ ｒｎ ｅｆｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ｍａｎ ａ ｄｔｍｅ ｅ ｔ ｒｔ ｎ ａ ｄ ｃ ｒｅ ｔ ｎ ｗｉ ｙ ｏ ｕ ｅ ｔｈ ｄ ｓ ｕ ｒ ｏ ｔ ｉｅ —ｏ ｉ ｅｆ ｔｉ ｇ ｉ ｔ ｑ ｅ ｃ ｏ ｉ ｎ ｒ ｉ ｅ ｎｈ ｒ ｉ ｄ ｒ ｓｏ ａｉ ｏ ｒ ｃｉ ｔ ｓ ｍｂ ｌ ｏ ｎ ｏ ｈ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａｉ ｎ ｙ ｃ ｒ ｎｚ ｔ ． ｏ
ＣＨＥＮ Ｄａ—ｕ ＺＨＡＮＧ — ａ ｇ ｆ Ｅｒｙ ｎ
（ ｏ ｅｅｏ ｌｃ ｏｉ ＳｉｎｅａｄＥ ｇｎｅｉｇ Ｎａｏａ ｎｖｒｉ ｆ ｅｅｓ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｃ ａｇｈ ，Ｈ ｎ ｒｖ ｃ １０ ３ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅｔ ｎｃ ｃ ｃ ｎ ｎｉｅｒ ， ｔ ｎｌ ｉｅｓｙｏ ｆｎｅＴ ｃｎ ｌ ｙ ｈ ｓａ ｕ ａ Ｐｏｉ ｅ４ ０ ７ ） ｌ Ｅ ｒ ｅ ｎ ｉ Ｕ ｔ Ｄ ｏ ｎ ｎ ｎ
ｆｒ （Ｄ Ｔ ｒｈｔｃ ｒ ｏ ｒａ ｂｎ ｉｉ Ｆ ｒｃｉ ｒｗｔ Ｐ Ａ ｉｐｅ ｎ ｔ ｎ ｏ ｒ ｒｍｍ ｂｅｃｉ ｒ ｏ ｍ Ｉ Ｆ ）ａｃｉ ｔ ｅ ｆａｂｏｄ ａ ｄｄｇ ａ Ｉ ｅｅ ｅ ｉ Ｆ Ｇ ｍ ｌ ｅｕ ｔ ｌ ｖ ｈ ｍｅｔ ｉ ｎａｐｏ ａ ａｌ ｈｐ ｆ ａｏ ｇ ｏ ６ ０ ｉ ｓ ｉ ． ｔ ｄｔ ａ ｓ ｓｉ ｎ ｆ ｃ ｖ ｎｂｎ Ｐ Ｋ ｍｏｕａ ｏ ｄｄｍｏｕａ ｏ Ｔ ｅａｃｉ ｃ ｒ ａ ０ Ｍｂ ／ ｓ ｒ ｅ ａ ｔ ｎｍｉ ｏ ａｄｅ ｅｔ ｅｉ—ａｄＱ Ｓ ｄｌｔ ｎａ ｅ ｄ ｌ ｉｎ ｈ ｈｔ ｔ ｅｆ — ｔ ｈ ｈ ａ ａｒ ｓｎ ｉ ｉ ｎ ｔ ｒ ｅｕ ｅ
字 中频接 收机 Ｄ Ｔ并行 结构 ， 突 出特 点是在频 率域 上 实现平 方根升 余 弦特 性 的 匹配 滤波 和符号 同步 的定 时 Ｆ 其
ＣＨＥＮ Ｄａ—ｕ ＺＨＡＮＧ — ａ ｇ ｆ Ｅｒｙ ｎ
（ ｏ ｅｅｏ ｌｃ ｏｉ ＳｉｎｅａｄＥ ｇｎｅｉｇ Ｎａｏａ ｎｖｒｉ ｆ ｅｅｓ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｃ ａｇｈ ，Ｈ ｎ ｒｖ ｃ １０ ３ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅｔ ｎｃ ｃ ｃ ｎ ｎｉｅｒ ， ｔ ｎｌ ｉｅｓｙｏ ｆｎｅＴ ｃｎ ｌ ｙ ｈ ｓａ ｕ ａ Ｐｏｉ ｅ４ ０ ７ ） ｌ Ｅ ｒ ｅ ｎ ｉ Ｕ ｔ Ｄ ｏ ｎ ｎ ｎ
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字 中频接 收机 Ｄ Ｔ并行 结构 ， 突 出特 点是在频 率域 上 实现平 方根升 余 弦特 性 的 匹配 滤波 和符号 同步 的定 时 Ｆ 其
基于ISL5416芯片的多载波数字中频接收机的设计
Ｐ ｏ ｕ ｔ 品 设计 与 ｒｄ ｃｓ 产 Ｄ ｓ ＆ ｆ ｉ 应用 ｅｊ Ａ ｊ ｔ ｃ ０
基 于 ＩＬ ４ 片 的 多载 波 Ｓ５ １ ６芯
数 字 中颊 接 收 机的’ 计 设
＾
深圳 市 中兴 通 讯 股份 有 限公 司
摘 要 关键词
张 军 陈炜 炜
载 波 １— ◆ １
２０ ０ ２年 无线电工程 第 ３ ２鲞 摹 ７ 啊 ３ Ｊ １
Ｄ ｓ Ｍ Ａ ｐｉ ｔ ｎ ｅｊ ＆ ｐ ／ ａｉ ｌ ｃ ｏ ￣用
个模 数 转换 器 （ Ｄ ） Ａ Ｃ 。 在数字 中频接收 机 中，下变频 和 Ｉ 解调 的功 能 Ｑ 由数字 电路 完成 ，模 拟 电路只 是信 号 的通道 ，信 号 经 过模拟 通 路没 有发 生性 质变 化 ，只 是信 号频 谱从 射 频搬 移到 中频 。Ａ Ｃ输 出 的数字信 号仍然 属 于多 Ｄ 载 波 的中频 信 号 。因此 ，数字 接 收机 可 以共 用 一个 模 拟 通 道 ， 并 Ⅱ 这 一模 拟 通 道 在 结 构 上 也 更 为 简 化 ，通常 只 需 作 一次 下变 频 。在 带 来益 处 的 同时 ， 另一方 面 ，数字 中频接 收机 对模拟 通 道和 Ａ Ｃ的 要 Ｄ 求也相 应 增加 ，主 要表现 在 带 宽和动 态范 围上 。 实
际 应 用 中 共 用 的 载 波 数 目一 般 不 大 于 ３ 。
Ｐ ０ ｕ ｔ产 品 设 计 与 ｒ ｄ ｃｓ
弦信 号与 数字 中频信 号分别 混频得 到 Ｉ Ｑ基带 信号 ； 三是信 道滤 波 ， 将基 带信 号 以外的其它 频率滤 除 ， 同 时 ， 可 以实现数 字信 号的成形 滤波 。 还 Ｎ ０是 数 控 本 振 ，本 振 的 频 率值 可 以通 过 设 Ｃ 置 寄 存 器 设 定 。 频 器 用 乘 法 器 实 现 。 Ｃ 和 乘 法 混 ＮＯ 器 的采 样 频 率 都 和 Ａ Ｃ的采 样 频 率 相 同 ， 为 Ａ Ｃ Ｄ Ｄ 的采 样 频率 。 由于 较 高 的 Ａ Ｄ采 样 频 率 可 以获 得一些处理增益， 此 ， 因 其值 往 往 选 为数 倍 或 十 几 倍 的 ２ 信 号带 宽 。 样 的 采 样 频率 ， 于 后 续 的 倍 这 对 信 道 滤 波 器 以及 基 带 处 理 部分 ， 没 有什 么 益 处 ， 却 并且会增加硬件开销， 此， 因 在混 频和 信 道 滤 波 之 问 有 抽 取 模 块 实 现 降 采样功能。
基 于 ＩＬ ４ 片 的 多载 波 Ｓ５ １ ６芯
数 字 中颊 接 收 机的’ 计 设
＾
深圳 市 中兴 通 讯 股份 有 限公 司
摘 要 关键词
张 军 陈炜 炜
载 波 １— ◆ １
２０ ０ ２年 无线电工程 第 ３ ２鲞 摹 ７ 啊 ３ Ｊ １
Ｄ ｓ Ｍ Ａ ｐｉ ｔ ｎ ｅｊ ＆ ｐ ／ ａｉ ｌ ｃ ｏ ￣用
个模 数 转换 器 （ Ｄ ） Ａ Ｃ 。 在数字 中频接收 机 中，下变频 和 Ｉ 解调 的功 能 Ｑ 由数字 电路 完成 ，模 拟 电路只 是信 号 的通道 ，信 号 经 过模拟 通 路没 有发 生性 质变 化 ，只 是信 号频 谱从 射 频搬 移到 中频 。Ａ Ｃ输 出 的数字信 号仍然 属 于多 Ｄ 载 波 的中频 信 号 。因此 ，数字 接 收机 可 以共 用 一个 模 拟 通 道 ， 并 Ⅱ 这 一模 拟 通 道 在 结 构 上 也 更 为 简 化 ，通常 只 需 作 一次 下变 频 。在 带 来益 处 的 同时 ， 另一方 面 ，数字 中频接 收机 对模拟 通 道和 Ａ Ｃ的 要 Ｄ 求也相 应 增加 ，主 要表现 在 带 宽和动 态范 围上 。 实
际 应 用 中 共 用 的 载 波 数 目一 般 不 大 于 ３ 。
Ｐ ０ ｕ ｔ产 品 设 计 与 ｒ ｄ ｃｓ
弦信 号与 数字 中频信 号分别 混频得 到 Ｉ Ｑ基带 信号 ； 三是信 道滤 波 ， 将基 带信 号 以外的其它 频率滤 除 ， 同 时 ， 可 以实现数 字信 号的成形 滤波 。 还 Ｎ ０是 数 控 本 振 ，本 振 的 频 率值 可 以通 过 设 Ｃ 置 寄 存 器 设 定 。 频 器 用 乘 法 器 实 现 。 Ｃ 和 乘 法 混 ＮＯ 器 的采 样 频 率 都 和 Ａ Ｃ的采 样 频 率 相 同 ， 为 Ａ Ｃ Ｄ Ｄ 的采 样 频率 。 由于 较 高 的 Ａ Ｄ采 样 频 率 可 以获 得一些处理增益， 此 ， 因 其值 往 往 选 为数 倍 或 十 几 倍 的 ２ 信 号带 宽 。 样 的 采 样 频率 ， 于 后 续 的 倍 这 对 信 道 滤 波 器 以及 基 带 处 理 部分 ， 没 有什 么 益 处 ， 却 并且会增加硬件开销， 此， 因 在混 频和 信 道 滤 波 之 问 有 抽 取 模 块 实 现 降 采样功能。
中频窄带数字正交接收机的设计与实现
图 ２ 基 带数 字 接 收 方 案
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２０ ０７年第 １期
杨洪丰 等 ： 中频窄带数 字正交接收机 的设计与实现
１３ ０
该 方案 采用 与传 统模 拟 接 收机一 样 的方 式经 过 两 次混频 将 射频 信 号 转 换 成 基 带 模 拟 信 号 ， 后 再 然 利 用 Ａ Ｄ转换 器将 该模 拟 信号 转 换 成 数据 流 ， 给 ／ 传 后 续 的数字 信号 处理 器件 。该方 案 的优 点是 容 易实 现， 这是 由于要处 理 的模 拟信 号 已经 是基 带信 号 ， 所 以它对 Ａ Ｄ转 换 器 的频 率 要 求 不 高 。但 由 于 它 采 ／
ｒ ｏｒ ．
Ｋ ｙｗ ｒｓ ｓ ｎ ｌ ｒｃｓｉ ； ｉ ｔ ｏ ｎ—ｃ ｎ ｅ ｅ ； ｅ ｏ ｄ ： ｉ ａ ｐｏｅｓ ｇ ｄｇ ａ ｄ ｗ ｇ ｎ ｉ ｌ ｏ ｖｒ ｒ ＶＱ ｔ
模 拟 到数 字变 换器 （ Ｄ ） 块 ， 而实 现 基 带处 理 Ａ Ｃ模 从
０ 引 言
元 。这种接 收机 的中频 （Ｆ， ｎｅｍ ｄ ｔ ｅｕ ｎ ｙ Ｉ ｉｔ ｅ ｉ ｅ￣ ｑ ｅ ｃ ） ｒ ａ
的数 字化— — 基带 数 字 化 方 案 ， 结 构 框 图 如 图 ２ 其
所示 。
基
带
处
理
举
图 １ 传 统 模 拟 接 收 机 结 构 框 图
单 元一 般需 要模 拟带 通滤 波器 、 压控 振荡 器 、 法器 乘
ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ ｅ ｓｌ ｈ ｏ ｇ ｓ ｇ Ｐ ｏ ｔ ｌ ａ ｉ ｔ ｒ ｕ ｈ ｕ ｉ ｃ，ｗ ｔ ｉ ｌ ｔｕ ｔｒ ｏ ｅ ｙ ｎ ｉ ｓｍｐ ｅ ｓ ｃｕ ｅ，ｅ ｓ ｅ ｌ ａ ｉｎ，ｈ ｇ ｃ ｕ ａ ｙ ｎ ｉ ｌ ｒ ｈ ｒ ａ ｙ ｒ ａｉ ｔ ｚ ｏ ｉｈ ａ ｃ ｒ ｃ ，ａ ｄ ｌ ｔ ｅ — ｔｅ
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２０ ０７年第 １期
杨洪丰 等 ： 中频窄带数 字正交接收机 的设计与实现
１３ ０
该 方案 采用 与传 统模 拟 接 收机一 样 的方 式经 过 两 次混频 将 射频 信 号 转 换 成 基 带 模 拟 信 号 ， 后 再 然 利 用 Ａ Ｄ转换 器将 该模 拟 信号 转 换 成 数据 流 ， 给 ／ 传 后 续 的数字 信号 处理 器件 。该方 案 的优 点是 容 易实 现， 这是 由于要处 理 的模 拟信 号 已经 是基 带信 号 ， 所 以它对 Ａ Ｄ转 换 器 的频 率 要 求 不 高 。但 由 于 它 采 ／
ｒ ｏｒ ．
Ｋ ｙｗ ｒｓ ｓ ｎ ｌ ｒｃｓｉ ； ｉ ｔ ｏ ｎ—ｃ ｎ ｅ ｅ ； ｅ ｏ ｄ ： ｉ ａ ｐｏｅｓ ｇ ｄｇ ａ ｄ ｗ ｇ ｎ ｉ ｌ ｏ ｖｒ ｒ ＶＱ ｔ
模 拟 到数 字变 换器 （ Ｄ ） 块 ， 而实 现 基 带处 理 Ａ Ｃ模 从
０ 引 言
元 。这种接 收机 的中频 （Ｆ， ｎｅｍ ｄ ｔ ｅｕ ｎ ｙ Ｉ ｉｔ ｅ ｉ ｅ￣ ｑ ｅ ｃ ） ｒ ａ
的数 字化— — 基带 数 字 化 方 案 ， 结 构 框 图 如 图 ２ 其
所示 。
基
带
处
理
举
图 １ 传 统 模 拟 接 收 机 结 构 框 图
单 元一 般需 要模 拟带 通滤 波器 、 压控 振荡 器 、 法器 乘
ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ ｅ ｓｌ ｈ ｏ ｇ ｓ ｇ Ｐ ｏ ｔ ｌ ａ ｉ ｔ ｒ ｕ ｈ ｕ ｉ ｃ，ｗ ｔ ｉ ｌ ｔｕ ｔｒ ｏ ｅ ｙ ｎ ｉ ｓｍｐ ｅ ｓ ｃｕ ｅ，ｅ ｓ ｅ ｌ ａ ｉｎ，ｈ ｇ ｃ ｕ ａ ｙ ｎ ｉ ｌ ｒ ｈ ｒ ａ ｙ ｒ ａｉ ｔ ｚ ｏ ｉｈ ａ ｃ ｒ ｃ ，ａ ｄ ｌ ｔ ｅ — ｔｅ
探讨中频数字接收机的设计与实现
甜技凰探讨中频数字接收机的设计与实现陈春霞(91982部队13分队，海南三亚572000)c}商要】中频数字接收杌是随着数字信号处理技术不断成熟的。
笔者研究了中频数字接牧机的设计方案，并进一步探计了数据采集、数字成形滤波以及控制器的实现，很好地实现了在节约成本基础上的性能完善。
p翱】中频数字接牧机；软件无线电；数据采集；成形滤波软件无线电作为未来无线通信的发展方向，世界各国都在进行深入的研究。
基本结构主要有三种：射频低通采样数字化结构、射频带通采样数字化结构和宽带中频采样数字化结构。
其中宽带中频数字化结构既降低了中频之前模拟滤波放大处理的难度，也使其较之传统的中频数字化缕收机具有更好的波形适应性，信号带宽灵活性及可扩展性。
1中频数字接收机的设计方案随着数字信号处理技术的发展，接收机设计经历了从模拟到数字的演变过程，并且因A D C器件水平的提高，数字化程度越来越来高。
如伺j哿模拟信号变换为数字信号变成了实聊超越以往接收机系统的关键之一圈l中颏数字化方案示意图经过下变频，将射频信号变换为中频l F信号，在宽带A D C前可用～个中心频率固定的高性能抗混叠滤波器滤除带外无用信号并可在中放级实现自动增益控制，获得最大信号增益，减轻带内信号过载的可能性。
同时，A D C后用数字滤波代替了模拟滤波，提高了系统的灵活性和滤波器的选錾i性。
而且，就系统的可编程性而言，宽带中频数字化接收机与射频数字化方案相当。
2中频数字接收机的实现2．1数据采集的实现为了能采样10M H z的中频信号，高速数据采集部分采样时钟选定为f s=40M H zo此外，带通采样有可能避开带外的谐波，杂散混叠到带内来，在设计过程中只要精心选择采样频率和l F频率就能避免，因此在系统设计时I F和F s的选取是关键。
本文选用了A N LO G D E—V I C E公司的A D6640021．1模拟输入电路一般A D变换器之前要用运算放大器来驱动。
主被动导引头数字中频接收机设计与实现
【 ｅ ｏｄ 】 Ｉ ｒ ｅ ｅ； ／ ； Ｓ Ｋ ｙｗ ｒｓ Ｆ ｅ ｉｒＡ Ｄ ＤＰ ｃｖ
Ｏ 引 言 …
在 现代 战争 中 ， 随着 战场环境 的 日益复 杂化 ， 单一 制导方 式 已经不 能很好 地满 足在 复杂 战场环 境下 具有 良好 的战术性 能 的要求 。单 纯采 用 主动或 单纯采 用被 动制导 都存 在 一定 的 缺 陷 ， 已经 不 适 应 现 实 的需 求 。 主动跟 踪适 用范 围广 、 信息 量大 ， 一旦受 到复 杂 电子 但
定律 ， 要求 采样 速率 至 少 是 ２× ０＝１０ＭＨ ， 用 现 ６ ２ ｚ使 有 的处理技 术 ， 是很 难 达 到 这样 的采 样 速率 的 。解 决 问题 的一个 好 办法 就 是带 通 采 样 定理 ， 通 采 样 定理 带 的意义 在于 ， 对于载 波 频 率几 十兆 甚 至 上百 兆 的中频
ｏ ｈｅ Ａｃ ｉｅ ｆｔ ｔｖ ／Ｐａ ｓｖ ｏ ｉ ｄａ ｓ ｉ ｅ Ｈ ｍ ｎｇ Ｒａ ｒ
Ｌ ｉ ， ａ ｇ ｐ ｎ ，ＢＩＣｈａ — ｉ ＩＨｕ 。 ＬＩＸｉｎ — ｉ ｇ ｏ ｈｕ ，Ｌ — ｕｎ。 ＩＹａ ｋ
（ ．Ｄ ｐ ｒ ｎ ｆ ｌｃ ｏ ｉ Ｅ ｇ ｅｒ ｇａｄＩｆｒ ｔ ｎｏ Ａ Ｉ Ｙ ｎ ｉ ６ ０ １ Ｃ ｉａ １ ｅ ａ ｍｅｔ ｅｔ ｎｃ ｎｉ ｅｉ ｎ ｎｏ ｉ ｆ Ｅ ， ｔ ｏＥ ｒ ｎ ｎ ｍａ ｏ Ｎ ａ ｔ ４ ０ ， ｈｎ ） ａ２ （ ．Ｇ ａ ｕ ｔ Ｓｕ ｅ ｔ ｅａ ｍ ｎ ｆ ａｔｉ ｎｖｒ ｔ， Ｙ ｎａ ２ ０ ０， ｈｎ ） ２ ｒｄ ａ ｔｄｎ ｐ ｒ ｅｔ ｎａ Ｕ ｉｅ ｉ ａ ｔ ６ ０ Ｃ ｉ ｅ Ｄ ｔ ｏＹ ｓｙ ｉ４ 带 Ａ Ｄ和 带通采 样技 术 ． ／
基于软件无线电的数字接收机的设计与实现
了抽样 点数 目，同时还 达到 降低信 号 中频 的 作用 ， 很大程 度上减少 了后续 数字信号 的处 理 负 担。这 些处 理降低 了系统对 ＡＤＣ 器件 的 性能要 求 ， 实际使用 中采用一 些通用芯片就 在
可以满足要求 。 由于采 用 了带 通采 样技 术 ，Ａ定理可知 ， 带通 下 ： 采 样率 ，应满 足下式 ： ｓ ｓ ［１ ｓｎ２＇／ ｌ ｃｓ／＝ｃｓ ｎ ／ ｉ ｎ ＝ ｉ［ｎ ｌＩ， ｏ［１ ｏ［ ＇ Ｎ】 ｎ ｎｖ ｒ ２ｎ 经 比较 ，软 件 无线 电宽带 中频带通 采样 其 中 ，ｎ是输 入 的 ＬｕＴ 的地址 ，Ｎ 是 结 构 与 目前 的 中 频 数 字化 接 收 机 的 结 构 类 ｓ ｓ Ｌ Ｔ的 采样 数 ，ｓ ｌ ］ 在点２ Ⅳ处的正 Ｕ ｉ ｎ是 ｎ 万 ／ 似 ，其 主要 区别是 前者 中频带 宽更宽 ，所有 ＋ｌ 弦值 ，ｃ ｓ ］ ｏ ｌ 是在点 Ｄ ｎ Ｎ处 的余弦值 。当 ｎ ｒ／ 的 调制解 调等 功能全 由软 件加 以实现 。 这种 厂， １ ｎ ０ Ｎ改变时 ， ＵＴ会输出一个完整的正 从 到 Ｌ 软件 无线 电结 构通过 相对 复杂 的射频 前端把 其 ｎ 满 １ ≤＃ Ｉ 中 要 足 ≤ ，昔 Ｉ 余弦值 。 考虑到正 弦信号 的对称性 ， 只存放 ｌ ／ 高频 信号 变换 为中心 频率适 中 、带 宽适 中的 式中 为带通 信号的最 高频率 ，‘为 带 ４的波形 ，其余 ３ 个象限的波形通过简单换算 宽带 中频信 号 ，给后续 的 Ａ／ Ｄ采样数 字化 减 ，【 表 完成 。如 果采样速率 刚好是数字 中频 的 ４倍 ， ． 轻 了负担 ， Ａ／ 设计大大 简化 ，且比常用 通信号的最低频率，Ｂ为信号带宽。 】 使 Ｄ 示取 不大 干括 号 内数 值 的整数 。 那 么乘以 正弦波就相 当于乘 以 ０ ｌ ０ 一ｌ ，，和 ， 的窄 带超外 差前 端更 为简单 ，是 较为 可行 的 ２数 字下变频 ） 乘 以余弦波就相 当于乘以 ｌ ０ 一 和 ０ ，， ｌ 。 基 于软 件无线 思想 的通 信系统 设 计方案 （ 如 通 过数 字 下变 频 （ ｇｉ ｌ Ｄｏ ｎ Ｄｉ ｔ ｗ ａ 图 ３。 ） Ｃ ｎ ｅｓ ｎ Ｄ ） ｏ ｖ ｒ ｏ ，Ｄ Ｃ 将采样后的载频信 号变换 ３伪码捕获与跟踪 ｉ 本系统 中 中频数 字接 收机 主 要完成 下述 即基带信号 ， 是数字 中频 处理 实现本 地伪 随机码 与接 收信 号的 同步是 功 能 ：中频 模拟 信 号 的高速 Ａ Ｄ 带通 采 样 、 成零 中频 信号 ， 数字 下变 频 、伪码 同步 、相干 载波提 取 和数 的 目的 。 由本地 ＮＣＯ、数 字混 频器 和低通 扩频 接收机 的关 键技 术。 伪码的 同步 可分为
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与传统的各信道由模拟滤波器进行信道分离后 分别再由窄带 ADC 进行模 /数变换完全不同 ,射频 信号经模拟下变频 (DDC )至中频 IF,宽带 ADC 对
包含多个信道的整个工作频段在中频进行模 /数变 换 ,再利用可编程数字调谐器组进行信道分离。 DSP与传统的模拟技术相比 ,不仅使系统的性能有 很大提高 ,也为系统的实现提供了更高的灵活性和 稳定性 ,从而更有效地用于不同传输带宽的通信系 统 。随着制造工艺的提高 ,尤其是 CMOS工艺及运 算速度更快功能更强大的 DSP的出现 ,使得数字信 号处理的功能有了很大提高 ,因此数字中频成为可 能 。DSP对数字信号的处理能力已由基带处理发展 到中频处理 ,它可以实现调谐 、中频滤波 、信号选择 以及上 、下变频等 。随着 ADC器件水平的提高 ,模 / 数变换部分逐渐向信道前端推移 ,而利用 DSP完成 软件无线电中从中频到基带的整个信号处理部分 , ADC器件和 DSP的中频处理能力使得数字中频滤 波成为软件无线电中信号处理的关键技术 [ 2 ] 。
D esign and Rea liza tion of a D ig ita l - In term ed ia te Frequency Rece iver
X IAO qian - you1 , HUAN G x iao - ge1 , LUO zh i - m in2
(1. Electronic Engineering School, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China; 2. CDMA Department, ZTE Co. , L td. , Shenzhen 518004, China)
1 数字中频的原理 、模型以及特点
软件无线电的概念是在 1992 年的全美远程系 统会议上由 J. M itola 等人率先提出的 [ 1 ] 。其定义 为 :软件无线电基于一个硬件平台 ,其 A /D (模 /数 ) 变换应尽量靠近天线 ,而将尽可能多的无线通信功 能用软件来实现 。软件无线电是个开放结构 ,代表 一个软件可重构的无线电体系 ,它的可重构性主要 体现在其射频 (RF) 、中频 ( IF)以及基带信号处理可 以通过软件编程来控制和实现 。其硬件平台可以在 经过 ADC变成数字信号后用可编程的数字信号处 理 (DSP)芯片或可重构专用功能信号处理器来实 现。
= 1、2 时 , Q、P 的解析表达式 。对于特定的应用场
合 ,只要将实际的信号带宽带入公式 , 就可计算出
Q、P,进而得到 A。
当 n =1时 :
Q1 = sin b + b
P1 = - sin ( b /2) 当 n = 2时 :
sin ( b) + b
- sin ( b) - 1 /2 - sin (2b)
Abstract:An app roach for designing digital - intermediate frequency ( IF) receiver is introduced, the p rin2 cip le analysis and deduction of all parts of the receiver are perform ed including design of available - band filter, Analog - to - D igital Converter (ADC) , digital orthogonal transform s based on digital polyphase fil2 ter, decimation filter, baseband signal p rocessing unit. Finally parameters of the receiver are obtained. Key words: digital - intermediate frequency receiver; polyphase filter; digital orthogonal transform; deci2 mation filter; software defined radio ( SDR )
yk = xk - j[ a1 ( xk +1 - xk - 1 ) + a2 ( xk +3 - xk - 3 ) +
… + an ( xk +2n - 1 - xk - 2n +1 )
(1)
下面将在最小方差准则下推导滤波器系数 。对
式 (1)两边进行傅里叶变换 ,得到滤波器的传递函 数为
n
∑ H (ω) = 1 + 2 ai sin ( 2 i - 1)ω ( 2) i =1
3 收稿日期 : 2005 - 07 - 05; 修回日期 : 2005 - 10 - 09
·123·
电讯技术 2006 年第 4 期
数字中频接收机 (D IFR )是对中频信号直接采 样 ,然后在数字部分实现数字下变频 、码速变换 、信 道化 、时钟恢复 、解调 、解扩等功能 ,可利用数字下变 频近乎完美的正交性以及数字电路软件可编程的灵 活性 。数字中频有以下几方面优点 :第一 ,数字下变 频几乎可以做到绝对正交 ;第二 ,利用数字滤波器实 现通道选频 ,其特性可现场编程 ,因此 ,适用于接收 和处理多载波 、多模式信号 ,解决它们之间的互通互 连问题 ;第三 ,电路元件的一致性性好 ,可消除温漂 和非线性失真问题 。
电讯技术 2006 年第 4 期 文章编号 : 1001 - 893X (2006) 04 - 0123 - 05
研究与开发 RESEARCH & D EVELO PM ENT
一种数字中频接收机的设计与实现 3
肖乾友 1 , 黄晓革 1 , 骆志敏 2
(1. 电子科技大学 电子工程学院 , 成都 610054 ; 2. 中兴通讯 CDMA 事业部 , 广东 深圳 518004)
摘 要 :介绍了一种数字中频接收机的设计 ,对接收机的各个组成部分进行了原理分析和推导 ,包括 可变带宽滤波器 、ADC、基于多相滤波器的数字正交变换 、抽取滤波器设计 、基带信号处理单元设计 , 得出样机的各样性能参数 。 关键词 :数字中频接收机 ; 多相滤波器 ; 数字正交变换 ; 抽取滤波器 ;软件无线电 中图分类号 : TN85 文献标识码 : A
个脉冲对消器 [ 2 ] ,原理如图 2 所示 。引入一个时间 变化量 δt ,Δt1 =Δt +δt ,Δt1 是实际采样时间 ,Δt是 理想采样时间 。假设滤波器通带内纹波可以忽略不 计 ,二次对消后相位不稳定限制的改善因子为
2 I =Δφ2
=
(
2 2π·foδt )
2
=
2π2
1 f
2δ2
ot
= 2π2
当不满足 fs = 4fc / ( 4m + 1 ) 时 , 设 fs = 4fc / ( 4m + 1 - 2δ/π) ,则延拓后正频带中心为 π /2 - δ+ 2πi , 而负频率中心位于 - π /2 +δ+ 2πi ,频谱分布不再 均匀 ,相邻频谱之间的最小距离为 π - 2δ。由于相 邻频带之间的过渡区域减小了 ,所以滤波器设计的 难度也增加了 。为了解决这个问题 ,最简单的方法 是先按照前面的方法设计一个过渡滤波器 ,滤波器 的通带和阻带分别满足通带 :
Q2 =
- 1 /2 - sin ( b) - 1 /4 - sin (2b)
1 /3 - sin (3b) + b
- sin ( b/2) P2 =
[ sin (3b + 2) /3 ]
分析以上公式 ,可以看出 : ①Q 是对称矩阵 ; ② 低阶的 Q 矩阵是高阶的 Q 矩阵对角线上的子矩阵 ; ③当 b =π时 , Q 为对角形矩阵 , 而 0 < b <π则不 然 ,这是因为在区间 ( - b /2 - π /2, b /2 - π /2)上 ,函 数族 sin ( 2 i - 1)ω不正交的缘故 , 与 M ITCHELL 滤 波器相比性能有大的改善 ,如图 1所示 ,第一个曲线 是 M ITCHELL ,后两个曲线是可变带宽在不同带宽 下的曲线 。
π/2 - b/2 <ω <π/2 + b/2 阻带 :
电讯技术 2006 年第 4 期
- π/2 - b/2 <ω < - π/2 + b/2 并设其系统函数为 H1 (ω) , 然后再做频移得到最终 滤波器 H (ω) = H1 (ω - δ) 。
研究与开发 RESEARCH & D EVELO PM ENT
2 可变带宽抗混叠滤波器设计
接收机接收的射频信号经过射频处理模块实现
解扰等 ,然后经一级混频下变频到中频 ,此时还是模 拟信号 ,需要经过抗混叠滤波 ( F IR )滤除带外杂散 和干扰信号 ,确保有用信号不产生混叠 ,因此抗混叠 滤波器的选择直接影响整机的性能 。抗混叠滤波器
有两种 :有限冲激响应滤波器 ( F IR )和无限冲激响 应滤波器 ( IIR) 。根据不同的应用环境和设计要求 选择 F IR和 IIR,数字中频滤波多采用有限冲激响应 ( F IR ) ,很少用无限冲激响应 ( IIR ) 。
本文中 采 用 一 种 新 的 抗 混 叠 滤 波 器 设 计 方
法 [ 3 ] 。提出的滤波器可以灵活选择阻带带宽和中 心频率 。当带宽为 π或 π /2 (即 fs = 2b或 4b) ,中心 频率为 - π /2 (即 fs = 4fc / ( 4m + 1) )时 , 该滤波器与 现有滤波器的性能相似 。而当信号的相对带宽较小
(4)
对 A 求导 ,得到关于 A 的极值条件表达式 :
包含多个信道的整个工作频段在中频进行模 /数变 换 ,再利用可编程数字调谐器组进行信道分离。 DSP与传统的模拟技术相比 ,不仅使系统的性能有 很大提高 ,也为系统的实现提供了更高的灵活性和 稳定性 ,从而更有效地用于不同传输带宽的通信系 统 。随着制造工艺的提高 ,尤其是 CMOS工艺及运 算速度更快功能更强大的 DSP的出现 ,使得数字信 号处理的功能有了很大提高 ,因此数字中频成为可 能 。DSP对数字信号的处理能力已由基带处理发展 到中频处理 ,它可以实现调谐 、中频滤波 、信号选择 以及上 、下变频等 。随着 ADC器件水平的提高 ,模 / 数变换部分逐渐向信道前端推移 ,而利用 DSP完成 软件无线电中从中频到基带的整个信号处理部分 , ADC器件和 DSP的中频处理能力使得数字中频滤 波成为软件无线电中信号处理的关键技术 [ 2 ] 。
D esign and Rea liza tion of a D ig ita l - In term ed ia te Frequency Rece iver
X IAO qian - you1 , HUAN G x iao - ge1 , LUO zh i - m in2
(1. Electronic Engineering School, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China; 2. CDMA Department, ZTE Co. , L td. , Shenzhen 518004, China)
1 数字中频的原理 、模型以及特点
软件无线电的概念是在 1992 年的全美远程系 统会议上由 J. M itola 等人率先提出的 [ 1 ] 。其定义 为 :软件无线电基于一个硬件平台 ,其 A /D (模 /数 ) 变换应尽量靠近天线 ,而将尽可能多的无线通信功 能用软件来实现 。软件无线电是个开放结构 ,代表 一个软件可重构的无线电体系 ,它的可重构性主要 体现在其射频 (RF) 、中频 ( IF)以及基带信号处理可 以通过软件编程来控制和实现 。其硬件平台可以在 经过 ADC变成数字信号后用可编程的数字信号处 理 (DSP)芯片或可重构专用功能信号处理器来实 现。
= 1、2 时 , Q、P 的解析表达式 。对于特定的应用场
合 ,只要将实际的信号带宽带入公式 , 就可计算出
Q、P,进而得到 A。
当 n =1时 :
Q1 = sin b + b
P1 = - sin ( b /2) 当 n = 2时 :
sin ( b) + b
- sin ( b) - 1 /2 - sin (2b)
Abstract:An app roach for designing digital - intermediate frequency ( IF) receiver is introduced, the p rin2 cip le analysis and deduction of all parts of the receiver are perform ed including design of available - band filter, Analog - to - D igital Converter (ADC) , digital orthogonal transform s based on digital polyphase fil2 ter, decimation filter, baseband signal p rocessing unit. Finally parameters of the receiver are obtained. Key words: digital - intermediate frequency receiver; polyphase filter; digital orthogonal transform; deci2 mation filter; software defined radio ( SDR )
yk = xk - j[ a1 ( xk +1 - xk - 1 ) + a2 ( xk +3 - xk - 3 ) +
… + an ( xk +2n - 1 - xk - 2n +1 )
(1)
下面将在最小方差准则下推导滤波器系数 。对
式 (1)两边进行傅里叶变换 ,得到滤波器的传递函 数为
n
∑ H (ω) = 1 + 2 ai sin ( 2 i - 1)ω ( 2) i =1
3 收稿日期 : 2005 - 07 - 05; 修回日期 : 2005 - 10 - 09
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电讯技术 2006 年第 4 期
数字中频接收机 (D IFR )是对中频信号直接采 样 ,然后在数字部分实现数字下变频 、码速变换 、信 道化 、时钟恢复 、解调 、解扩等功能 ,可利用数字下变 频近乎完美的正交性以及数字电路软件可编程的灵 活性 。数字中频有以下几方面优点 :第一 ,数字下变 频几乎可以做到绝对正交 ;第二 ,利用数字滤波器实 现通道选频 ,其特性可现场编程 ,因此 ,适用于接收 和处理多载波 、多模式信号 ,解决它们之间的互通互 连问题 ;第三 ,电路元件的一致性性好 ,可消除温漂 和非线性失真问题 。
电讯技术 2006 年第 4 期 文章编号 : 1001 - 893X (2006) 04 - 0123 - 05
研究与开发 RESEARCH & D EVELO PM ENT
一种数字中频接收机的设计与实现 3
肖乾友 1 , 黄晓革 1 , 骆志敏 2
(1. 电子科技大学 电子工程学院 , 成都 610054 ; 2. 中兴通讯 CDMA 事业部 , 广东 深圳 518004)
摘 要 :介绍了一种数字中频接收机的设计 ,对接收机的各个组成部分进行了原理分析和推导 ,包括 可变带宽滤波器 、ADC、基于多相滤波器的数字正交变换 、抽取滤波器设计 、基带信号处理单元设计 , 得出样机的各样性能参数 。 关键词 :数字中频接收机 ; 多相滤波器 ; 数字正交变换 ; 抽取滤波器 ;软件无线电 中图分类号 : TN85 文献标识码 : A
个脉冲对消器 [ 2 ] ,原理如图 2 所示 。引入一个时间 变化量 δt ,Δt1 =Δt +δt ,Δt1 是实际采样时间 ,Δt是 理想采样时间 。假设滤波器通带内纹波可以忽略不 计 ,二次对消后相位不稳定限制的改善因子为
2 I =Δφ2
=
(
2 2π·foδt )
2
=
2π2
1 f
2δ2
ot
= 2π2
当不满足 fs = 4fc / ( 4m + 1 ) 时 , 设 fs = 4fc / ( 4m + 1 - 2δ/π) ,则延拓后正频带中心为 π /2 - δ+ 2πi , 而负频率中心位于 - π /2 +δ+ 2πi ,频谱分布不再 均匀 ,相邻频谱之间的最小距离为 π - 2δ。由于相 邻频带之间的过渡区域减小了 ,所以滤波器设计的 难度也增加了 。为了解决这个问题 ,最简单的方法 是先按照前面的方法设计一个过渡滤波器 ,滤波器 的通带和阻带分别满足通带 :
Q2 =
- 1 /2 - sin ( b) - 1 /4 - sin (2b)
1 /3 - sin (3b) + b
- sin ( b/2) P2 =
[ sin (3b + 2) /3 ]
分析以上公式 ,可以看出 : ①Q 是对称矩阵 ; ② 低阶的 Q 矩阵是高阶的 Q 矩阵对角线上的子矩阵 ; ③当 b =π时 , Q 为对角形矩阵 , 而 0 < b <π则不 然 ,这是因为在区间 ( - b /2 - π /2, b /2 - π /2)上 ,函 数族 sin ( 2 i - 1)ω不正交的缘故 , 与 M ITCHELL 滤 波器相比性能有大的改善 ,如图 1所示 ,第一个曲线 是 M ITCHELL ,后两个曲线是可变带宽在不同带宽 下的曲线 。
π/2 - b/2 <ω <π/2 + b/2 阻带 :
电讯技术 2006 年第 4 期
- π/2 - b/2 <ω < - π/2 + b/2 并设其系统函数为 H1 (ω) , 然后再做频移得到最终 滤波器 H (ω) = H1 (ω - δ) 。
研究与开发 RESEARCH & D EVELO PM ENT
2 可变带宽抗混叠滤波器设计
接收机接收的射频信号经过射频处理模块实现
解扰等 ,然后经一级混频下变频到中频 ,此时还是模 拟信号 ,需要经过抗混叠滤波 ( F IR )滤除带外杂散 和干扰信号 ,确保有用信号不产生混叠 ,因此抗混叠 滤波器的选择直接影响整机的性能 。抗混叠滤波器
有两种 :有限冲激响应滤波器 ( F IR )和无限冲激响 应滤波器 ( IIR) 。根据不同的应用环境和设计要求 选择 F IR和 IIR,数字中频滤波多采用有限冲激响应 ( F IR ) ,很少用无限冲激响应 ( IIR ) 。
本文中 采 用 一 种 新 的 抗 混 叠 滤 波 器 设 计 方
法 [ 3 ] 。提出的滤波器可以灵活选择阻带带宽和中 心频率 。当带宽为 π或 π /2 (即 fs = 2b或 4b) ,中心 频率为 - π /2 (即 fs = 4fc / ( 4m + 1) )时 , 该滤波器与 现有滤波器的性能相似 。而当信号的相对带宽较小
(4)
对 A 求导 ,得到关于 A 的极值条件表达式 :