摘 要：在接收信號的數(shù)字化、軟化的實現(xiàn)中，數(shù)字下變頻起著重要的作用。本文首先介紹了數(shù)字下變頻的組成結(jié)構(gòu)，然后詳細分析了數(shù)字下變頻的工作原理，描述了在實現(xiàn)數(shù)字下變頻時，設計方案所采用的高效濾波器——CIC濾波器和多相抽取濾波器的結(jié)構(gòu)和原理。最后，用通過Simulink對數(shù)字下變頻的性能進行了仿真。在仿真的基礎上使用Insight公司的FPGA開發(fā)系統(tǒng)，用測試電路實測了數(shù)字下變頻的性能。
關鍵詞：數(shù)字下變頻器；FPGA；CIC數(shù)字濾波器；多相濾波器
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一、序言
在數(shù)字接收機中，數(shù)字下變頻器（DDC）一般執(zhí)行信道的訪問功能。DDC接收經(jīng)過高速采樣的中頻信號，將所需的頻帶下變?yōu)榛鶐А，F(xiàn)代基站收發(fā)器為了支持多載波環(huán)境或?qū)崿F(xiàn)下變頻，以便將很多窄帶信道組合成一個寬帶的數(shù)字信號，常常需要大量的DDC。DDC通常位于信號處理鏈的前端，靠近A/D,一般要求DDC支持100 MSPS以上的采樣率。
數(shù)字下變頻由數(shù)字振蕩器、數(shù)字乘法器、數(shù)字濾波器三部分組成,其組成的系統(tǒng)框圖如圖1所示。
二、數(shù)字下變頻原理
1 正交變換的原理
從頻譜上看，數(shù)字下變頻將輸入信號從中頻變換到基帶。這樣的處理由兩步完成：首先是將輸入信號與正交載波相乘，然后進行低通濾波衰減不需要的頻率分量.
圖2中，PI(f)表示輸入中頻信號的頻譜，PL(f)表示本地載波的頻譜，PNF(f)表示輸入乘積下變換的、CIC濾波前的頻譜，PF(F)表示輸入乘積下變換的、CIC濾波后的頻譜。
相乘處理程序可表示為
式中x(n)是實輸入的信號序列;
ω=2πf;
ωI是由數(shù)字振蕩器產(chǎn)生的正交頻率。
下面說明公式(1)的物理含義：
令
同理，有
波器和“窗”函數(shù)濾波器的濾波,最后得到的基帶信
2CIC濾波器的原理
由于理想低通濾波器無法實現(xiàn)，數(shù)字下變頻中的低通濾波器是用級聯(lián)積分梳狀濾波器（CIC）來實現(xiàn)。CIC濾波器可以實現(xiàn)很高的抽取率。圖3是一個CIC抽取濾波器的基本結(jié)構(gòu)圖。
從圖中可知，CIC濾波器的積分器部分由N級理想的數(shù)字積分器組成，全部數(shù)字積分器都工作在采樣頻率fs下。每級積分器都是一個反饋系數(shù)為1的單極點濾波器，此積分器的傳遞函數(shù)為
