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在扩频通信中,数字下变频(DDC)是一种很重要的技术,它包括数字混频器、数控振荡器以及数字滤波器三部分。而传统的DDC大多采用专用芯片,虽然其外围电路简单、功能实现容易控制,但其大部分功能已经固化,存在兼容性较差、产品开发灵活性低、后续升级困难等缺陷。本文利用FPGA运算快速、易于升级等优点,在简化算法的基础上,用最短的时间进行混频滤波得到两路相交信号。用Verilog语言对整个下变频进行行为描述建模,并给出相应的仿真综合结果。
1 正交下变频方案理论分析
因为DDC的数据流是采样信号的速率,DSP处理芯片很难完成高频实时处理任务,而且FPGA中通常有大容量ROM资源,满足查找表所需ROM资源,所以更适合用FPGA实现数字正交下变频。数字正交下变频是借助数控振荡器NCO通过查找表的方式产生本地正交载波信号,与输入信号进行正交混频,经过低通滤波得到I—Q基带信号。图 1为其方案框图。
接收机收到的高频信号表达式为:
式中,为接收信号的幅值,d(t)为数据信息的波形, c(t)为伪码波形,fc=891 MHz,fd=18.176 MHz为信号频偏,n(t)为高斯白噪声。根据带通采样定理,引入单位冲激函数δ(t)构成冲激函数P(t):
输入信号为x(t),其傅里叶变换为x(ω),则用fS抽样后得到抽样信号可表示为:
由傅里叶变换性质得到XS(ω),可表示为:
由式(5)可知,A/D采样使信号频谱发生了周期延拓。中心频率fC=891 MHz(如图2)经带通欠采样后将信号频谱搬移至fO=18.533 MHz。fO是fC除以fS后的余数。这样A/D采样实现了一个下变频功能。