在軟件無線電中，數(shù)字下變頻DDC作為一個(gè)橋梁連接著前端A/D轉(zhuǎn)換器和后端的DSP器件。通過變頻、抽取濾波，將低速數(shù)據(jù)送給DSP器件進(jìn)行處理[1-4]。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，FPGA的性能越來越高，而成本越來越低，并且內(nèi)置越來越多的成熟IP核，這些都為其研究和開發(fā)提供了方便。利用FPGA實(shí)現(xiàn)DDC功能成為軟件無線電設(shè)計(jì)中的常用手段。

1 數(shù)字下變頻的基本原理
    在軟件無線電中，一般都采用正交數(shù)字下變頻法，如圖1所示，正交數(shù)字下變頻法主要由數(shù)字混頻器、數(shù)字振蕩器NCO和抽取濾波器三個(gè)部分組成。其中核心部件是抽取濾波器和數(shù)字振蕩器NCO。抽取濾波器采用具有抗混疊效應(yīng)的CIC濾波和作為補(bǔ)償濾波器的FIR來實(shí)現(xiàn)，NCO模塊采用Altera的NCO核來實(shí)現(xiàn)[5]。

    由于單級CIC濾波器的旁瓣電平比較大，阻帶衰減很差，難以滿足實(shí)用要求。為了降低旁瓣電平，采用多級CIC濾波器級聯(lián)的方法來解決，濾波器級數(shù)N越大，CIC幅頻相應(yīng)越好。圖2采用的是8級抽取結(jié)構(gòu)的CIC濾波器。

3.2 FPGA設(shè)計(jì)
    對上述算法模型進(jìn)行FPGA設(shè)計(jì)，采用Altera公司的STRATIXII系列FPGA作為器件平臺，并在其STRATIXII DSP開發(fā)板上進(jìn)行硬件驗(yàn)證。
    A/D采樣率為120 MS/s，系統(tǒng)輸入時(shí)鐘頻率為120 MHz，低通濾波器（LPF）的階數(shù)為64階，分解到奇偶兩路各32階。在QUARTUSII軟件中應(yīng)用Verilog進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)經(jīng)綜合編譯后的RTL圖如圖7所示。

    表1為系統(tǒng)的資源消耗情況，可以看出該系統(tǒng)消耗的邏輯資源、存儲(chǔ)器資源以及DSP模塊資源非常少，滿足絕大多數(shù)雷達(dá)、電子偵察、通信系統(tǒng)的要求。

    將關(guān)心的信號添加到Altera提供的SignalTap II Logic Analyzer中。利用板子上的ADC輸入不同頻率的信號，使用STP進(jìn)行采集并將采集到的波形數(shù)據(jù)保存為CSV文件，然后利用Matlab將其中I/Q兩路輸出信號讀出，作圖分析其正交性。為驗(yàn)證該系統(tǒng)在整個(gè)頻帶內(nèi)的性能平穩(wěn)度，每隔10 MHz設(shè)置一個(gè)頻點(diǎn)，進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)證，如圖8～圖12所示。

    硬件驗(yàn)證結(jié)果表明，在整個(gè)10 MHz～40 MHz設(shè)計(jì)帶寬內(nèi)有效地實(shí)現(xiàn)了對中頻信號的下變頻處理，并且信號具有很好的正交性。該正交變換系統(tǒng)的鏡頻抑制能力可達(dá)60 dB，能夠滿足絕大多雷達(dá)、電子偵察、通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
參考文獻(xiàn)
[1] 楊小牛，樓才義，徐建庭.軟件無線電技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.
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[3] SIMONE L，COMPARINI M C，MARCHETTI F，et al. Spacecraft transponder for deep space applications：design and performance[C].IEEE Areospace Conference Proceeding，2002：1337-1347.
[4] COLEMAN J O，ALTER J J，SCHOLNIK D.FPGA Architecture for gigahertz-sampling wideband if－to－baseband conversion[C]．2000 International Conference on Signal Processing Applications and Technology，2000．
[5] Altera Corporation.NCO megacore function user guide[Z].2009.