一種接收機(jī)的數(shù)字下變頻方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種數(shù)字下變頻的方法及裝置，屬于數(shù)字中頻技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前全數(shù)字中頻技術(shù)的接收機(jī)產(chǎn)品也屢見不鮮，但能分析寬帶頻譜信號(hào)的接收機(jī) 確不多。而且就數(shù)字下變頻來說，一般的方法都是由NC0(數(shù)字控制振蕩器）產(chǎn)生本振信 號(hào)，再通過數(shù)字混頻器進(jìn)行正交解調(diào)，將接收到的中頻信號(hào)下變頻到零中頻；接著經(jīng)過數(shù)字 低通濾波器進(jìn)行抗混疊濾波和信號(hào)提取。但是該種方法在FPGA中實(shí)現(xiàn)時(shí)需要大量的乘操 作，即需要大量的乘操作，不僅消耗了大量FPGA的資源，在FPGA運(yùn)行時(shí)也需要大量計(jì)算時(shí) 間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的；本發(fā)明的目的是在接收機(jī)中針對(duì)現(xiàn)有數(shù)字下變頻方式，在特殊的中頻 和采樣頻率下，提出一種數(shù)字下變頻方法及裝置，通過在FPGA中不需要使用乘法器的混頻 方法W及只需普通FIR濾波器一半乘法器的低通抽取濾波器，來實(shí)現(xiàn)寬帶接收機(jī)的數(shù)字下 變頻。
[0004] 技術(shù)方案；為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種接收機(jī)的數(shù)字下變頻方法，用于對(duì)中頻為AMHz，帶寬小于2A/3MHZ的模擬信 號(hào)進(jìn)行下變頻，所述方法包括：
[0006] (1)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用4A/3MHZ的采樣頻率對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行帶通采樣，得到頻 率為2A/3MHZ的兩路采樣信號(hào)，分別為偶數(shù)路信號(hào)pO(n)和奇數(shù)路信號(hào)pi(n) ;n為自然數(shù)；
[0007] (2)對(duì)采樣后的信號(hào)進(jìn)行定點(diǎn)數(shù)字混頻，混頻后信號(hào)分為I路和Q路兩路，其中數(shù) 字混頻后I路信號(hào)的取值為；n為偶數(shù)時(shí)取值pO(n) ;n為奇數(shù)時(shí)取值-pO(n)，Q路信號(hào)的取 值為；n為偶數(shù)時(shí)取值pi(n) ;n為奇數(shù)時(shí)取值-pi(n);
[0008] (3)分別對(duì)混頻后的I路信號(hào)和Q路信號(hào)通過FIR低通濾波器進(jìn)行低通抽取濾波， 得到I路和Q路的最終輸出信號(hào)；其中，I路信號(hào)進(jìn)行低通抽取濾波時(shí)，使用FIR濾波器系 數(shù)中的偶數(shù)序號(hào)系數(shù)值，Q路信號(hào)進(jìn)行低通抽取濾波時(shí)，使用FIR濾波器系數(shù)中的奇數(shù)序號(hào) 系數(shù)值。
[0009] 進(jìn)一步地，所述步驟（3)在進(jìn)行低通抽取濾波時(shí)，根據(jù)FIR濾波器系數(shù)的對(duì)稱性， 先進(jìn)行加法運(yùn)算，然后把加法運(yùn)算的結(jié)果再進(jìn)行串行的乘累加運(yùn)算，得到濾波結(jié)果。
[0010] 進(jìn)一步地，所述乘累加運(yùn)算操作由多個(gè)乘法器和寄存器構(gòu)成的流水線運(yùn)算結(jié)構(gòu)實(shí) 現(xiàn)。
[0011] 接收機(jī)的數(shù)字下變頻裝置，包括：
[0012] 帶通采樣模塊，用于對(duì)中屯、頻點(diǎn)為AMHz，帶寬小于2A/3MHZ的模擬信號(hào)使用 4A/3MHZ的采樣頻率進(jìn)行帶通采樣，輸出頻率為2A/3MHZ的兩路采樣信號(hào)，分別為偶數(shù)路信 號(hào)p0(n)和奇數(shù)路信號(hào)pl(n) ;n為自然數(shù)；
[0013] 定點(diǎn)數(shù)字混頻模塊，用于對(duì)采樣后的信號(hào)進(jìn)行定點(diǎn)數(shù)字混頻，混頻后信號(hào)分為I 路和Q路兩路，其中數(shù)字混頻后I路信號(hào)的取值為；n為偶數(shù)時(shí)取值pO(n) ;n為奇數(shù)時(shí)取 值-pO(n)，Q路信號(hào)的取值為；n為偶數(shù)時(shí)取值pi(n) ;n為奇數(shù)時(shí)取值-pi(n);
[0014] W及，低通抽取濾波器模塊，用于分別對(duì)混頻后的I路信號(hào)和Q路信號(hào)通過FIR低 通濾波器進(jìn)行低通抽取濾波，得到I路和Q路的最終輸出信號(hào)；其中，I路信號(hào)進(jìn)行低通抽 取濾波時(shí)，使用FIR濾波器系數(shù)中的偶數(shù)序號(hào)系數(shù)值，Q路信號(hào)進(jìn)行低通抽取濾波時(shí)，使用 FIR濾波器系數(shù)中的奇數(shù)序號(hào)系數(shù)值。
[0015] 有益效果；本發(fā)明能在不需要乘法器的情況下進(jìn)行數(shù)字混頻，同時(shí)能在比普通 FIR濾波器節(jié)省一半乘法器的情況下完成低通抽取濾波。節(jié)省了大量的FPGA資源與運(yùn)算時(shí) 間，實(shí)現(xiàn)了接收機(jī)數(shù)字下變頻的實(shí)時(shí)性。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明中整個(gè)數(shù)字下變頻模塊的整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0017] 圖2是本發(fā)明中整個(gè)帶通采樣過程的FPGA模塊框圖。
[0018] 圖3是本發(fā)明中數(shù)字定點(diǎn)混頻模塊結(jié)構(gòu)框圖。
[0019] 圖4是本發(fā)明中I路低通抽取濾波器模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0021] 本發(fā)明實(shí)施例公開的數(shù)字下變頻方案是W160MHz帶寬接收機(jī)中的實(shí)現(xiàn)為例，針 對(duì)中頻為300MHz，采樣頻率為400MHz的數(shù)字中頻信號(hào)的數(shù)字下變頻方案。由采樣定理得， 一個(gè)中頻為300MHz，帶寬為160MHz的模擬信號(hào)經(jīng)過400MHz的采樣頻率采樣后，頻譜會(huì)進(jìn)行 搬移，其中正頻率部分的信號(hào)搬移到了（-180MHZ，-20MHz)上。此時(shí)只需通過數(shù)字混頻把頻 譜向右搬移lOOMHz并且進(jìn)行低通抽取濾波就能實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻。
[0022] 如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的接收機(jī)的數(shù)字下變頻裝置的整體結(jié)構(gòu)框圖， 數(shù)字下變頻裝置的具體實(shí)現(xiàn)是基于FPGA的，主要包括S個(gè)模塊；400MHz采樣頻率帶通采樣 模塊、定點(diǎn)數(shù)字混頻模塊和低通抽取濾波器模塊；相應(yīng)的本發(fā)明實(shí)施例提供的數(shù)字下變頻 方法也主要包括400MHz采樣頻率帶通采樣、定點(diǎn)數(shù)字混頻和低通抽取濾波=個(gè)處理步驟。 下面分別對(duì)該=個(gè)步驟中設(shè)及到的理論推導(dǎo)及具體實(shí)現(xiàn)做詳細(xì)說明。
[0023] (一）400MHz采樣頻率帶通采樣
[0024] 帶通信號(hào)的帶寬為160MHz，中頻為300MHz，而ADC巧片的采樣頻率為400MHz， 顯然該不符合奈奎斯特采樣定理，此處我們運(yùn)用帶通采樣定理進(jìn)行采樣。采樣后原本 (220MHz, 380MHz)正頻率上的信號(hào)被延拓到（220MHz+m*400MHz，380MHz+m*400MHz)上，m 取任意整數(shù)；（-380MHz,-220MHz)負(fù)頻率上的信號(hào)被延拓到（-380MHz+m*400MHz,-220MHz +m*400MHz)，m取任意整數(shù)。顯然并沒有發(fā)生任何混疊。在整個(gè)計(jì)算過程中，我們只需取 (-180MHZ，-20MHz)上的頻譜就能恢復(fù)出整個(gè)信號(hào)。
[0025](二）定點(diǎn)數(shù)字混頻
[0026] 由數(shù)字混頻原理得，混頻后信號(hào)分為I路和Q路兩路。設(shè)400MHz采樣后的信號(hào) 為X (n)，混頻后I路信號(hào)為i (n)，Q路信號(hào)為q (n)。片=lOOMHz為需要搬移的頻率，fs= 400MHz為采樣頻率。貝IJ;
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種接收機(jī)的數(shù)字下變頻方法，用于對(duì)中頻為AMHz，帶寬小于2A/3MHZ的模擬信號(hào) 進(jìn)行下變頻，其特征在于，所述方法包括： (1) 通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用4A/3MHZ的采樣頻率對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行帶通采樣，得到頻率 為2A/3MHZ的兩路采樣信號(hào)，分別為偶數(shù)路信號(hào)pO(n)和奇數(shù)路信號(hào)pl(n) ;n為自然數(shù)， n ^ O ; (2) 對(duì)采樣后的信號(hào)進(jìn)行定點(diǎn)數(shù)字混頻，混頻后信號(hào)分為I路和Q路兩路，其中數(shù)字混 頻后I路信號(hào)的取值為：n為偶數(shù)時(shí)取值pO (n) ;n為奇數(shù)時(shí)取值-pO (n)，Q路信號(hào)的取值 為m為偶數(shù)時(shí)取值pi (n) ;n為奇數(shù)時(shí)取值-pi (n); (3) 分別對(duì)混頻后的I路信號(hào)和Q路信號(hào)通過FIR低通濾波器進(jìn)行低通抽取濾波，得 到I路和Q路的最終輸出信號(hào)；其中，I路信號(hào)進(jìn)行低通抽取濾波時(shí)，使用FIR濾波器系數(shù) 中的偶數(shù)序號(hào)系數(shù)值，Q路信號(hào)進(jìn)行低通抽取濾波時(shí)，使用FIR濾波器系數(shù)中的奇數(shù)序號(hào)系 數(shù)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接收機(jī)的數(shù)字下變頻實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟 (3)在進(jìn)行低通抽取濾波時(shí)，根據(jù)FIR濾波器系數(shù)的對(duì)稱性，先進(jìn)行加法運(yùn)算，然后把加法 運(yùn)算的結(jié)果再進(jìn)行串行的乘累加運(yùn)算，得到濾波結(jié)果。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種接收機(jī)的數(shù)字下變頻實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述乘累 加運(yùn)算操作由多個(gè)乘法器和寄存器構(gòu)成的流水線運(yùn)算結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接收機(jī)的數(shù)字下變頻實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述模擬 信號(hào)的中心頻點(diǎn)為300MHz，帶寬為160MHz。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種接收機(jī)的數(shù)字下變頻實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述模數(shù) 轉(zhuǎn)換器采用ADS5474芯片。
6. 采用如權(quán)利要1所述的接收機(jī)的數(shù)字下變頻方法的數(shù)字下變頻裝置，其特征在于， 包括： 帶通采樣模塊，用于對(duì)中心頻點(diǎn)為AMHz，帶寬小于2A/3MHZ的模擬信號(hào)使用4A/3MHZ的 采樣頻率進(jìn)行帶通采樣，輸出頻率為2A/3MHZ的兩路采樣信號(hào)，分別為偶數(shù)路信號(hào)pO (n)和 奇數(shù)路信號(hào)Pl (n) ;n為自然數(shù)； 定點(diǎn)數(shù)字混頻模塊，用于對(duì)采樣后的信號(hào)進(jìn)行定點(diǎn)數(shù)字混頻，混頻后信號(hào)分為I路 和Q路兩路，其中數(shù)字混頻后I路信號(hào)的取值為：n為偶數(shù)時(shí)取值p0(n) ;n為奇數(shù)時(shí)取 值-p〇 (n)，Q路信號(hào)的取值為：n為偶數(shù)時(shí)取值pi (n) ;n為奇數(shù)時(shí)取值-pi (n); 以及，低通抽取濾波器模塊，用于分別對(duì)混頻后的I路信號(hào)和Q路信號(hào)通過FIR低通濾 波器進(jìn)行低通抽取濾波，得到I路和Q路的最終輸出信號(hào)；其中，I路信號(hào)進(jìn)行低通抽取濾 波時(shí)，使用FIR濾波器系數(shù)中的偶數(shù)序號(hào)系數(shù)值，Q路信號(hào)進(jìn)行低通抽取濾波時(shí)，使用FIR濾 波器系數(shù)中的奇數(shù)序號(hào)系數(shù)值。
【專利摘要】本發(fā)明了公開了一種接收機(jī)的數(shù)字下變頻實(shí)現(xiàn)方法及裝置。本發(fā)明方法通過對(duì)中頻為AMHz，帶寬小于2A/3MHz的帶通信號(hào)，以采樣頻率為4A/3MHz進(jìn)行采樣，數(shù)字化中頻信號(hào)。接著利用定點(diǎn)混頻和低通抽取濾波器下變頻數(shù)字中頻信號(hào)。本發(fā)明緊密的把定點(diǎn)混頻和低通抽取結(jié)合在一起，能實(shí)現(xiàn)在不需要使用乘法器的基礎(chǔ)上進(jìn)行混頻，在使用原本FIR低通濾波器一半乘法器的基礎(chǔ)上完成低通濾波和2倍抽取。
【IPC分類】H03D7-16
【公開號(hào)】CN104811142
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510102192
【發(fā)明人】裴文江, 平志琪
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年3月9日