寬帶短波信道模擬器中數(shù)字下變頻的實(shí)現(xiàn)

　　2. 1 數(shù)控振蕩器設(shè)計(jì)

　　NCO 是決定DDC 性能的主要因素之一。NCO的目標(biāo)是產(chǎn)生頻率可變的正交正、余弦樣本信號(hào)。

　　NCO 采用直接數(shù)字合成( DDS) 的方法實(shí)現(xiàn)，目前常見(jiàn)的技術(shù)有查表法和CORDIC 計(jì)算法，在軟件無(wú)線電超高速的信號(hào)采樣頻率的情況下，NCO 實(shí)時(shí)的計(jì)算方法是很難實(shí)現(xiàn)的。此時(shí)，NCO 產(chǎn)生的正弦樣本最有效和最簡(jiǎn)單的方法就是查表法，即事先根據(jù)各個(gè)NCO 正弦波相位計(jì)算好相位的正弦值，并按相位角度作為地址存儲(chǔ)該相位的正弦值數(shù)據(jù)，其原理圖如圖2 所示。

圖2 基于查表法的NCO 原理圖

　　圖2 中，32 位累加器由一個(gè)32 位的加法器和一個(gè)32 位寄存器組成，在時(shí)鐘的作用下，加法器通過(guò)寄存器將輸出數(shù)據(jù)送入到加法器的一個(gè)輸入端,與32 位的頻率控制字進(jìn)行相加運(yùn)算，得到一個(gè)有規(guī)律的相位累加結(jié)果。查找表實(shí)際上是一個(gè)存儲(chǔ)了正弦信號(hào)抽樣點(diǎn)幅度編碼的只讀存儲(chǔ)器ROM，但ROM表的大小會(huì)隨地址位數(shù)的增加成指數(shù)遞增關(guān)系，因此，為了不減少查找表的地址位數(shù)而滿(mǎn)足信號(hào)性能,必須采用優(yōu)化方法來(lái)減小ROM 表的大小。根據(jù)正弦波的對(duì)稱(chēng)特性，只需存儲(chǔ)四分之一周期的幅值，再通過(guò)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換即可恢復(fù)出整個(gè)周期的幅值。同時(shí)，由于余弦波和正弦波相位差為??/ 2，可以很容易地實(shí)現(xiàn)余弦信號(hào)。

　　完成DDC 的NCO 模塊設(shè)計(jì)后，將需要下變頻的輸入信號(hào)與NCO 產(chǎn)生的2 路正交本振信號(hào)進(jìn)行相乘，完成數(shù)字混頻正交變換，即完成頻譜搬移。

　　2. 2 CIC 濾波器設(shè)計(jì)

　　CIC 積分梳狀濾波器是實(shí)現(xiàn)高速抽取非常有效的單元。CIC 濾波器的單位沖激響應(yīng)為：

　　式中，D 是CIC 濾波器的階數(shù)，濾波器系數(shù)都為1。

　　根據(jù)Z 變換的定義，CIC 濾波器的Z 變換為:

　　從式( 2) 可以看出CIC 濾波器由2 部分組成，即積分器和梳狀器級(jí)聯(lián)組成，其實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，只有加減運(yùn)算，沒(méi)有乘法運(yùn)算，F(xiàn)PGA 實(shí)現(xiàn)時(shí)可達(dá)到很高的處理速率。但是，單級(jí)CIC 濾波器的旁瓣電平只比主瓣低13. 46 dB，這就意味著阻帶衰減很差，一般是難以滿(mǎn)足實(shí)用要求的。為了降低旁瓣電平，可以采取多級(jí)CIC 濾波器級(jí)聯(lián)的辦法解決。

　　N 級(jí)CIC 濾波器級(jí)聯(lián)的帶內(nèi)容差是單級(jí)CIC 濾波器帶內(nèi)容差的N 倍，這意味著多級(jí)CIC 濾波器級(jí)聯(lián)增大阻帶衰減的同時(shí)也增大了帶內(nèi)容差。所以,CIC 濾波器的級(jí)聯(lián)數(shù)是有限的不宜超過(guò)5 級(jí)。

　　該設(shè)計(jì)中，CIC 濾波器需要完成16 倍的抽取,采用5 級(jí)級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，輸入和輸出部分的位寬均為12 bit，在MATLAB 仿真的結(jié)果如圖3 所示。

圖3 CIC 濾波器幅度特性

　　經(jīng)過(guò)CIC 濾波器后，信號(hào)采樣速率經(jīng)過(guò)16 倍抽取后變?yōu)? MHz，從而實(shí)現(xiàn)了抽取功能，同時(shí)也降低了采樣速率。