rbw数字信号处理_基于FPGA的数字中频信号处理的设计与实现
基于
FPGA
的数字中频信号处理的设计与实现
【摘要】
中频信号处理技术是目前发展迅速的一项技术。
随着软件无线电理
论的发展，
数字下变频技术得到了越来越普遍的应用。
本文讨论了数字中频接收
机中变频、滤波等关键技术，利用
FPGA
编程实现了下变频处理和
FFT
处理。
给出了
FPGA
实现的数字下变频系统在测试中产生的波形和频谱，
作了测试结果
分析。
在某无线电分析仪中，
该技术被成功的应用在基于
FPGA
的数字信号处理
系统中。
【关键词】数字中频；数字下变频；滤波；复数
FFT
引言
随着软件无线电技术的发展，
现代频谱分析仪等测量仪器中大多都采用数字
中频接收机方案，采用全数字的中频处理结构
[1]
。在信号处理过程中先通过高
速
A/D
采样得到数字中频信号，然后通过数字正交解调技术将信号搬移到基带，
通过多速率信号处理技术来设计抽取滤波器，
以降低数据率，
进而进行下一步的
信号处理
[2]
。
随着现场可编程门阵列(
FPGA
)器件在工艺方面的进步，
FPGA
器件以其
高速、可编程、模块化等特点而在数字信号处理中被大量使用。其中数字变频、
数字滤波和快速傅里叶变换
(
Fast Fourier Transform
，
FFT
)
是中频数字信号处理
中最为普遍、最为重要的处理方式
[3]
。
本文借助
MATLAB
软件对数字中频信号处理中的主要算法，包括数字下变
频、
CIC
滤波、
FIR
滤波、
FFT
、对数运算等处理过程进行了设计分析。编写了
FPGA
程序并通过
Modelsim
的仿真。最后给出了
FPGA
实现的数字中频处理器
在测试中产生的波形和频谱。
数字中频处理的基本结构
经过
A/D
采样后的数字中频处理的主要过程包括数字下变频模块、
FFT
模
块、后续的取模检波等模块。
数字下变频主要功能包括三个方面：
(
1
)
变频，
数字混频器将数字中频信号
和数控振荡器(
Numerical Control Oscillator
，
NCO
)产生的正交本振信号相乘，
将感兴趣的信号下变频至零中频；
(
2
)
低通滤波，
滤除带外信号，
提取有用信号；
(
3
)采样速率转换，降低采样速率，以利于后续信号处理。
经过数字下变频后生成
I/Q
两路信号。
在分辨率带宽
(
RBW
)
较大时，
RBW
取决于中频滤波器的带宽，可以利用
FIR
滤波器作为决定
RBW
的中频滤波器。
当需要很高的频率分辨力时，
必须降低中频滤波器的带宽，
而窄带宽的中频滤波
器会减慢接收机的扫描速度并增加中频滤波器的设计难度。
所以要实现小的分辨