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  • 接收机结构

    2014-06-19 22:15:27
    详细描述了目前通用的接收机设计结构,关于接收机结构我们从最传统的超外差结构开始介绍.超外差结构能提供非常好的性能,但这种结构需要大量分离元件,...这种结构无法单芯片集成实现,因此出现了零中频,低中频接收机结构
  • 本文阐述了一种线性调频连续波雷达中频接收机的系统结构,针对系统参数完成了中频接收机的硬/软件设计,能够实现对中频信号的接收和处理,测量目标回波的差拍频率,可实现近距离高分辨率探测,采集处理后存储的数据...
  • 针对230 MHz频段频点分布离散、带宽窄、无法直接进行高速数据传输的问题,设计出一种新型的低成本、高可靠性、高性能的数字中频接收机。该接收机采用两级数字下变频、下采样、滤波结构,实现了对230 MHz频段40个离散...
  • 射频前端模块性能关系到整个接收机...文章介绍了接收机前端的几种拓扑结构及其各自的优缺点,并重点阐述了宽带数字中频接收机的射频前端的方案和工作原理,详细说明了此方案的具体实现并最后给出了部分仿真和测试的结果。
  • 本文设计实现了一款基于FPGA的PCM-FM遥测中频接收机,在FPGA中实现遥测信号解调、位同步、帧同步等功能,系统码速率、帧长、帧同步码可灵活设置。接收机硬件结构简单,主要包括FPGA、ADC、电源转换芯片、USB接口芯片...
  • 重点分析零中频结构存在的本振泄漏(LOLeakage)、偶次失真(Even-OrderDistortion)、直流偏差(DCOffset)、闪烁噪声(FlickerNoise)等问题,并给出零中频接收机的设计方法和相关技术。 引言近年来随着无线通信技术的...
  • WE2408是一款直接转换零一中频(zero-IF)接收结构收发器。在整个射频调谐范围内,允许全双工通信或半双工发射/接收操作。调谐、电源管理和增益控制功能通过标准的3线串行接口实现。WE2408适合在2.4 GHz手机、2.4 ...
  • 中频数字接收机原理

    千次阅读 2020-11-25 16:31:04
    本文对《ADI射频与微波技术使用手册》中提到的零中频接收机的原理进行了推导,希望抛砖引玉。 零中频数字接收机原理框图如上所示,相比超外差架构,这种架构可以省去混频器。本文主要对其中的数学原理进行推导。...

    本文对《ADI射频与微波技术使用手册》中提到的零中频接收机的原理进行了推导,希望抛砖引玉。

    零中频数字接收机原理框图如上所示,相比超外差架构,这种架构可以省去混频器。本文主要对其中的数学原理进行推导。首先上图所示结构可以分解为两个相同的部分如下所示,

    基于此开展数学推导,剩下部分原理相同,可举一反三。设输入信号为x(t),那么输入信号经过90^{\circ}相移后得到的信号相当于其希尔伯特变换后信号的虚部,即\mathcal{I}m\left\lbrace H[x(t)] \right\rbrace。因此整个信号处理流程输出的信号为,

    x(t)sin(2\pi ft)+\mathcal{I}m\left\lbrace H[x(t)] \right\rbrace cos(2\pi ft)。其频域为,

    因此整个信号处理流程完成信号频谱的搬移。同时无需滤波器滤除镜像信号。

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  • 摘 要: 介绍了一种基于软件无线电思想的中频数字化接收机系统设计方案。它采用数字下变频器HSP50214B、数字科斯塔司环HSP50210、TMS320C542构成单元,通过配置不同软件实现对多种类型信号的解调接收。关键词: 软件...
  • 图1(b)是低中频接收机(Low IF),低中频 接收机的中频很低,主要采用镜像抑制接收机的结构进行镜像频谱的抑制,如Hartley接收机和Weaver接 收机,由于中频比较低,因此可以用数字的方法来进行下变频和频谱抑制,...
  • 摘要:针对后三代移动通信系统研究所需硬件平台的要求,提出了一种灵活性强的可扩展中频接收机设计方案。这种方案可以在较高的中频频率上实现信号的数字化接收,且适用于多种输入信号。该方案以自顶向下的思路,吸取...
  • 摘要:本文对数字中频信号处理技术进行了研究,采用软件无线电的设计思想和解决方案,提出了一种基于“AD+FPGA”的中频信号处理技术,在频谱分析仪及信号分析仪等接收机中应用广泛。本文引用地址:...

    摘要:本文对数字中频信号处理技术进行了研究,采用软件无线电的设计思想和解决方案,提出了一种基于“AD+FPGA”的中频信号处理技术,在频谱分析仪及信号分析仪等接收机中应用广泛。本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/273265.htm

    引言

    随着数字技术的发展,接收机的设计越来越多地采用软件无线电(software radio)的思想,以开放性、可扩展、结构精简的硬件为通用平台,把尽量多的功能用可重构、可升级的构件化软件来实现。从实际设计来说,射频模块尽量简化,将信号通过ADC转换为数字信号进行处理,提高接收机的稳定性、通用性并降低实现成本。在接收机中,最常用的是频谱分析和信号分析功能,本文以现场可编程逻辑器件(FPGA)为设计基础,简述频谱分析和信号分析的中频处理。

    1 方案

    输入的射频信号经过变频模块生成153.6MHz的中频信号,通过ADC进行122.88MHz频率采样,数字信号送入FPGA进行数字下变频(DDC)、CIC抽取、RBW滤波、求模、视频滤波、检波后存入RAM后送CPU进行频谱分析;经过DDC、半带滤波及CIC后存入DDR2后送CPU进行信号分析,包括矢量信号解调,GSM、TD-SCDMA、WCDMA、TD-LTE及FDD-LTE分析等通信制式的非信令解调。具体中频处理框图如图1所示。

    2 具体实现

    2.1 模数转换(AD)

    ADC是整个中频处理的关键部分,它直接关系到整个接收机的性能指标,其选用主要参考二个指示,即信噪比和采样频率。由于信噪比与ADC的有效位数有直接关系:SNR=(6.02N+1.76)dB,其中N为ADC的位数,所以尽量选用高位数ADC;同时,由于中频的宽带化需求,需要高采样时钟的ADC,如要满足40MHz的分析带宽,理论上要求采样时钟大于80MHz,本设计的采样时钟为122.88MHz。综合两方面考虑,ADC我们选用了LINERA公司的LTM9001。

    2.2 数字下变频

    数字下变频(DDC)是数字接收机中的关键技术,广泛应用于雷达、声纳和无线电接收机中,主要将中频信号混频到基带,便于后续处理。它跟模拟下变频类似,包括数字混频器、数字控制振荡器及数字低通滤波器三部分,基本结构图见图2所示。

    在本设计中,由于fo=153.6MHz,fs=122.88MHz,满足fo/ fs =(2n+1)/4,NCO输出为cos(0)、cos(π/2)、cos(π)、cos(3π/4),即1,0,-1,0等几个特殊值,实现了免混频,用简单的组合逻辑和取反电路就能实现,具体方法为:先将输入信号每隔2 个取2 补码,形成一个新的数据流;再将新数据流每隔一个置0,所得输出就是混频后的信号。

    2.3 CIC抽取滤波

    在数据处理系统中,经常需要将信号的采样率降低以便其后进行数字处理或存储,接收机最常用的是CIC抽取滤波或半带抽取滤波。CIC滤波器是级联积分梳状滤波器(Cascaded Integrator-Comb Filter)的简称,其基本构成单元是积分器和梳状滤波器。经过若干级级联后可实现采样率整数倍的抽取和内插,在接收机的设计中,主要采用CIC进行抽取。抽取滤波器可以实现降低取样速率并能使通带混叠或误差依据在要求的范围之内。积分器和梳状滤波器的原理图如图3所示。

    在滤波器的实现时,CIC将只有加法而没有乘法,有效地节省了硬件资源。其FPGA实现框图及其控制时序图如下,只需通过改变抽取率R值,就可以实现大范围整数倍抽取。

    2.4 RBW

    信号经CIC滤波器抽取后降低了率采样速率,但频谱分析仪需要实现从1Hz~3MHz的分辨率带宽,此时,为了得到更高质量的频谱波形,需要添加高斯FIR滤波,这里RBW大于等于1kHz时选择了25级、22 bit滤波器系数,RBW小于1kHz时选择了1024级,22 bit滤波器系数,满足带外衰减优于100 dB。

    2.5 半带滤波抽取

    半带滤波器(Half-Band Filter)在多速率信号处理中有着特别重要的位置,半带FIR滤波器系数对称、约一半的系数为零,可节约FPGA的MAC资源,是一种高效的数字滤波器。因此这种滤波器特别适合实现

    (即2的幂次方倍)的抽取或内插,而且计算效率高,实时性强。

    图5采用半带抽取方式实现降低信号采样速率的要求。假设有N级半带滤波器实现抽取,FS0是输入采样速率,FSN是第N级半带滤波器的输入采样速率,则FSN= FS0/2N,且信号经过每一级半带滤波器抽取后,带宽变为原来的一半。半带滤波和CIC抽取滤波结合降低信号的采样率,实现大跨度码元速率信号的处理。

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  • 射频电路中三种基本接收机结构

    千次阅读 2016-11-24 23:34:41
    对于接收机来说,主要有三种,超外差接收机(heterodyne receiver)、零中频接收机(homodyne receiver)和近零中频接收机,这三种接收机可以说各有优缺点,那么在设计射频接收机时到底应该应用哪一种呢?本文主要目的...

    众所周知,射频电路按功能主要可以分为三部分,发射机、接收机和本地振荡电路。对于接收机来说,主要有三种,超外差接收机(heterodyne receiver)、
    零中频接收机(homodyne receiver)和近零中频接收机,这三种接收机可以说各有优缺点,那么在设计射频接收机时到底应该应用哪一种呢?本文主要目的就是想根据我阅读的一些文章文献,对于题目中提到的三种接收机的优缺点及应用作一个总结归纳,以便将来设计时应用。

    超外差式接收机(heterodyne receiver):
    优点(benefits):
    1.        超外差式接收机可以有很大的接收动态范围
    2.        超外差式接收机具有很高的邻道选择性(selectivity)和接收灵敏度(sensitivity)。一般超外差式接收机在混频器前面会有一个预选射频滤波器,在混频器后面还会有一个中频滤波器。这就使得它具有良好的选择性,可以抑制很强的干扰。
    3.        超外差式接收机受I/Q信号不平衡度影响小,不需要复杂的直流消除电路。
    缺点(drawback):
    1.        由于超外差式接收机一般会用到一级或几级中频混频所以电路会相对于零中频接收机复杂且成本高集成度不高。
    2.        超外差式接收机会用到很多离散的滤波器,这些滤波器可以是SAW或陶瓷的,但一般比较昂贵,而且体积较大,是的集成度不高,成本也较高。
    3.        超外差式接收机一般需要较高的功率消耗。
    应用:
             相干检测的方案中(QPSK、QAM)。


    零中频接收机(homodyne receiver): 在窄带应用中,零中频软件无线电芯片已经非常流行,其代表是ADI公司的AD9361
    优点(benefits):
    1.        零中频接收机可以说是目前集成度最高的一种接受机,体积小,成本也很低,但是如果到了VHF频段设计零中频接收机将变得非常复杂、困难。因为频率越高,IQ解调器所用到的本振很难做到正交,频率也很难做到很准确,一个解决办法就是增加AFC电路,自动控制本振频率。
    2.        功率消耗较低。
    3.        不需要镜像频率抑制滤波器,同样减小了体积和成本。
    缺点(drawback):
    1.        由于信道选择性完全是在基带有源低通滤波器实现的,所以诸如大的动态范围、低噪声和良好的线性度这些指标要求使得有源低通滤波器的设计和实现非常困难。
    2.        需要直流消除电路。由本振自混频(self-mix)和强干扰信号自混频在基带产生的直流电压会恶化接收信号,需要用到直流消除技术。如果不应用直流消除技术,这种方案就只能用在没有直流成分的调制方案中(比如:NC-FSK)。
    3.        因为零中频接收机的载波是在射频频段,这样载波恢复变得很困难,只能用在非相干检测方案中。
    4.        零中频接收机对于I/Q不平衡度很敏感,用离散器件实现的I/Q调制器很难保证良好的I/Q平衡度。
    应用:
            没有直流成分的非相干解调方案中(NC-FSK)。


    近零中频接收机:
    优点:
    1.        近零中频接收机把射频信号下变频到接近于直流的低频信号,这样就避免了直流成分对信号的影响。
    2.        近零中频接收机相对于零中频接收机比较容易实现载波恢复。
    3.        近零中频接收机还具有零中频接收机的集成度高体积小的优点。
    缺点:
    1.        近零中频接收机还是I/Q不平衡度很敏感。
    2.        近零中频接收机像超外差接收机一样需要考虑镜像频率的抑制的问题。
    应用:
            频谱在直流附近的线性调制方案(GMSK)。


    附录:
    发射机的分类和比较:
            发射机完成IQ调制、上变频和功率放大的功能,主要分为两种,一种是直接变频发射机,另一种是两次间接变频发射机。这两种发射机的结构可以参考附图。
            直接变频发射机载波频率和本振频率相同。
            首先,正交上变频器不能完全抑制本振信号,也就是“本振泄漏”。这种残余在发射频谱上的本振信号对于其他接收机就是干扰信号。
            由于功率放大器和本振电路之间的屏蔽效果有限,功放的大信号会破坏本振信号的频谱。
            要解决以上两个问题,两次间接变频发射机就得到了应用,结构参考附图。



    根据下变频器的特点,接收机可以分为中频接收机和零中频接收机两类。中频接收机是指射频信号从天线收下来之后,经过前置滤波器和低噪放,送混频器,这个本振的频率为小于载波中心频率的某个值,设载波频率为fc,本振频率为fL,则差频fc-fL称作中频fi。根据中频的大小,再经过一次或多次下变频之后得到基带信号进行后续的解调,译码等基带处理。而零中频接收机,顾名思义,中频fi等于零,即本振频率fL=fc,射频信号经过一次下变频就得到了基带信号。


    两种接收机结构各有优缺点,首先说说中频接收机。中频接收机的主要缺点就是镜频干扰,根据上面的频率假设,如果以fc为中心频率的是需要的信号,那么镜频干扰出现在中心频率为fimg=fc-2fi处。为了抑制镜频干扰,需要在很高的频率上使用品质因数要求很高的带通滤波器,这无疑增加了设计的难度及成本,更为重要的是使得这个滤波器难以集成在片上,所以实际中这部分电路多在外围实现。另外,在中频放大器之后往往还需要信道选择的带通滤波,这个滤波器同样需要很高的品质因数。除此之外,由于模拟滤波器的设计不是非常灵活,所以对于多波段的接收机来说,由于射频的中心频率会发生变化,可能要求接收中频可变,这更增加了滤波器设计的难度。中频接收机的优点是直流分量造成的影响不如零中频那么严重,因为有带通滤波器,可以部分的抑制直流分量。此外,载波牵引的问题也较轻,因为中频混频器的射频输入和本振频率不等,差值等于中频频率。

    再说说零中频接收机,零中频接收机结构较为简单,很明显,只有一步下变频,而且不需要中频滤波器,基带滤波器设计比那个高频率的带通滤波器要简单许多。更重要的是,零中频接收机可以很方便的集成在单芯片上。有些文献中说零中频接收机没有镜频干扰,其实这种说法严格来说是不对的。对于正交调制来说,其I/Q两路上是独立的数据流,这就意味着基带频谱的正/负边带上都含有信息(频谱不对称)。很显然零中频接收机也存在镜频干扰,只不过这个干扰就是它自己。为了解决这个干扰,要求接收机采用I/Q两路混频,这样可以抵消一个边带,但是这只是理论上。实际中只要I/Q两路混频器存在失配,就必然会带来镜频干扰。此外,零中频接收机存在直流分量的问题,由于本振和射频信号之间的串扰,会出现本振的自调,从而产生直流分量,另外射频信号直接也可能存在自调,产生直流分量。最后,由于本振的频率和射频信号中心频率相等,载波牵引会相对严重。

    注:有几个问题需要说明,
    1.直流分量有什么害处?
    答:直流分量会导致A/D的低几比特失效(被直流分量淹没)。解决办法有两种,要么在A/D采样之前利用模拟电路进行补偿,要么在采样后在数字域进行去DC。
    2.载波牵引是怎么回事?
    答:当本振频率(一般由锁相环提供)与射频信号载波频率接近时,较大功率的射频信号会牵引锁相环提供的本振频率偏离标称的锁定频率。
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  • 我的本科毕业设计,中频数字接收机的设计与实现。 本文介绍了一种高效数字下变频结构,在此结构基础上设计了某射频宽带数 字化接收机方案,并围绕此方案完成了数字下变频硬件的FPGA 实现。计算机仿 真和系统测试...
  • 接收机结构采用带通采样可以避免因使用射频段A/D转换器的高成本,同时也降低了对A/D的指标要求,使选择的范围更宽。带通采样主要在中频段进行信号处理。
    接收机的结构采用带通采样可以避免因使用射频段A/D转换器的高成本,同时也降低了对A/D的指标要求,使选择的范围更宽。带通采样主要在中频段进行信号处理。
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空空如也

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中频接收机结构