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一种接收机中频数字化的设计【摘要】基于软件无线电的思想提出了一种接收机中频数字化的设计方案采用带通采样、数字正交解调、滤波等技术实现了中频信号数字化处理功能并给出了软件仿真结果。该设计已在某导航接收机中得到应用。【关键词】中频数字化；带通采样；数字正交解调0引言长期以来传统接收机大多采用模拟电路进行中频信号处理但由于模拟中频电路存在混频非线性、本振频率稳定度、温度漂移、转换速率以及模拟参数调试困难等问题导致接收机性能不稳定尽管设计师们想尽办法进行设计改进但结果不能令人满意因此提出了一种中频数字化接收机的方案。与传统的模拟方式相比中频数字化可以使得整个接收机具有高度的灵活性、通用性和可靠性。1中频数字化接收机数字化接收机的设计理念是尽可能靠近射频采样其后的处理全部由数字信号处理平台完成。由于受到相关器件制造工艺水平和运算能力的限制目前可行的方案是在模拟通道混频后对产生的中频信号进行模数变换再送给后续的各个数字信号处理环节进行数字处理最终完成接收机的功能。基于中频采样的数字接收机结构框图如图1所示本文的重点是中频数字化处理。2中频数字化处理中频数字化处理以载波频率70MHz的AM调制信号为处理对象中频数字化是将70MHz模拟中频信号变换成数字中频信号再经过带通滤波、抽取、数字正交解调等处理最终转换成数字基带信号的过程。中频数字化处理主要包括A/D采样、带通滤波（BPF）、抽取、数字正交解调等。中频数字化处理流程如图2所示。2.1带通采样A/D采样是接收机中频数字化的第一步同时也是关键一步。由Nyquist采样定理可知当采样频率大于信号最高频率2倍时所得到的采样值即可准确的还原原信号。对于70MHz的中频信号若按照Nyquist采样定理进行采样则其采样频率会很高以至ADC器件很难实现并且其后续处理速度要求较高。而带通采样技术的采样速率在满足大于信号带宽两倍的情况下选取远远低于信号最高频率的两倍速率就能正确地反映带通信号的特性。与Nyquist采样相比带通采样降低了采样速率极大地减小了后续数字信号处理负担。因此本方案采用带通采样技术。带通采样定理：设一个频率带限信号s（t）其频带限制在（fI）（fh）（内如果其采样速率满足：■？燮fs？燮■（1）其中n取能满足1？燮n？燮Ig■且B公式（1）中将采样频率划分为若干区间由n确定。n越大采样频率越低对后级处理负荷也降低。但从另一方面讲在设计时采样频率也不宜选择太低采样频率过低对采样振荡器频率精度要求就越高。本方案中频信号频率为70MHz中频带宽为34kHz根据带通采样率应满足的条件当N=5fh=70.017MHzfI=69.983MHz时采样率应满足：23.339MHz≤fs≤27.9932MHz本方案选取采样频率fs=25MHz。2.2带通滤波器及抽取处理由于中频信号频率为70MHzA/D采样速率为25MHzA/D进行的是欠采样采样后的信号频谱有多个需要的是5MHz频点上的信号所以采样后的数据送入带通滤波器滤除带外的干扰信号。由于带通滤波器的输入信号速率较高若采用FIR滤波器会占用大量的乘法器资源成本增加。因此结合成本和实际需要考虑我们采用IIR滤波器。该滤波器可以用较少的阶数获得很高的选择特性所用的存储单元少运算次数少具有经济、高效的特点。滤波器的相关参数由FDATOOL工具生成具体设计如图3所示。带通滤波后的输出信号速率仍为采样频率25MHz若正交解调的两个乘法器位于高数据率部分将会限制整个系统的数据处理能力影响整个系统的高效性。低通滤波器（LPF）在降速之前实现这无疑也提高了对运算速度的要求对实时处理是极其不利的。因此需要通过某种方式把两个乘法器和低通滤波器移到低数据率部分。所以本方案在数字正交解调之前必须进行抽取处理。利用抽取来降低采样率即在已采样的数据中每隔M点取一个数据设输入采样数据率为fs则抽取后输出数据率为■。本文的输入信号的采样速率为25MHz抽取因子M=100则抽取后的信号采样率降为250kHz。这样的优点是：滤波器的滤波过程和混频乘法运算都是在低数据率下进行的不仅实现起来容易速度快资源占用量小而且性能完全可以满足实际应用需要。2.3数字正交解调数字正交解调由数字混频器、数字控制振荡器（NCO）、低通滤波器（LPF）以及解调算法组成。量化的中频数字信号进入正交解调后先与数字控制振荡器（NCO）产生的本地数字载波混频再经低通滤波和解调输出所需基带信号。数字正交解调原理如图4所示。图4数字正