試析無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中數(shù)字下變頻技術(shù)的運(yùn)用

摘要：在如今的信號(hào)變頻體制中，由于現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)的制約作用，射頻信號(hào)首先通過(guò)數(shù)次的模擬下變頻轉(zhuǎn)換成中頻上，然后再用中頻上對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，最后才可以進(jìn)行數(shù)字下變頻。數(shù)字下變頻技術(shù)在無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)中占有非常核心的位置，但隨著目前無(wú)線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，也對(duì)無(wú)線設(shè)備寬帶提出了很高的要求。因此，本文將對(duì)數(shù)字下變頻技術(shù)在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信;網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化;數(shù)字下變頻

軟件無(wú)線電技術(shù)的關(guān)鍵之一就是數(shù)字變頻技術(shù)。隨著信息技術(shù)的改革更新，軟件無(wú)線電技術(shù)的提高也取得了很大的進(jìn)步，在此過(guò)程中，發(fā)展形成了兩種軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)模式，主要包括有：射頻直接帶通采樣軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)模式、中頻帶通軟件無(wú)線電結(jié)構(gòu)模式。在受A/D和D/A科技水平約束的基礎(chǔ)上，只實(shí)現(xiàn)了中頻帶通無(wú)線電結(jié)構(gòu)，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中數(shù)字下變頻技術(shù)的運(yùn)用有待進(jìn)一步開發(fā)。

一、數(shù)字下變頻技術(shù)的概論

（一）分析帶通采樣信號(hào)理論。數(shù)字下變頻和A/D采樣功能這兩個(gè)部分組成了數(shù)字下變頻技術(shù)，進(jìn)行A/D采樣時(shí)，在一般的情況下，都是采用Nyquist采樣技術(shù)來(lái)完成的?？梢缘贸?，在Nyquist采樣理論中，把fs設(shè)為采樣頻率，其中x（t）設(shè)定為頻率帶限信號(hào)，在（0，fH）的范圍里設(shè)置一個(gè)頻帶。Nyquist采樣理論在解決問(wèn)題時(shí)，只針對(duì)分布在（0，fH）范圍里的采樣信號(hào)，如果信號(hào)的頻帶超出這個(gè)范圍時(shí)，還同樣采用Nyquist理論來(lái)采樣，就會(huì)使得出的采樣頻率過(guò)高或者是偏低[1]。比如在完成間隔采樣時(shí)，fs的速度高于2.1"Fh，會(huì)有TS=1/FS，x（nt）=x（nTs）的采樣信號(hào)，這個(gè)時(shí)候，原信號(hào)x（t）將由x（nt）完全決定。在目前的通信系統(tǒng)中，很難采用或者說(shuō)是幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)高的采樣頻率，因此在進(jìn)行采樣時(shí)，大多都會(huì)運(yùn)用低頻率而完成。

（二）淺析數(shù)字混頻正交變換的方法。數(shù)字混頻正交變換方法就是對(duì)模擬信號(hào)x（t）通過(guò)A/D采樣后形成的數(shù)字化序列x（n），再乘以2個(gè)正交本振序列，然后再用數(shù)字低通濾波來(lái)實(shí)現(xiàn)變換。實(shí)現(xiàn)數(shù)字變頻的最重要的方法就是數(shù)字混頻正交變換法。數(shù)字混頻正交變換法算法簡(jiǎn)潔明了，能夠完全利用FIR濾波器的對(duì)稱性，因此，這個(gè)方法得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。

二、在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中發(fā)展數(shù)字化變頻技術(shù)

（一）在數(shù)字下變頻專用芯片的基礎(chǔ)上來(lái)發(fā)展。目前，美國(guó)Intersil公司生產(chǎn)的HSPSO214B芯片在市面上被廣泛地運(yùn)用，這種芯片得到了國(guó)內(nèi)外很多軟件工程師的認(rèn)可，它在使用過(guò)程中表現(xiàn)出了非常多的優(yōu)點(diǎn)，主要有功能耗損小、方便使用、價(jià)格優(yōu)惠、體積不大等。這種數(shù)字下變頻專用芯片的NCO的分辨率最高可達(dá)0.024Hz，輸入采樣的速率最高可超過(guò)81MHz，變頻處理器在進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出輸入時(shí)的寬度為15.6bits，有1-2049倍可編程的抽取因子，在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以運(yùn)用分?jǐn)?shù)倍率轉(zhuǎn)化進(jìn)行低倍數(shù)的速率轉(zhuǎn)變，一般的轉(zhuǎn)變倍數(shù)是1-4倍[3]。

（二）在通用DSP微處理器的基礎(chǔ)上來(lái)發(fā)展。美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的通用DSP處理器，在目前的市面上被廣泛使用。在運(yùn)用的過(guò)程中，這種通用DSP處理器不僅能夠快速有效地執(zhí)行乘法和加法的指令，還能夠完成流水作業(yè)，可是在通用DSP微處理器適應(yīng)過(guò)程中，它也受自身?xiàng)l件的約束，導(dǎo)致它無(wú)法高效地完成對(duì)并行指令的操作，有時(shí)候，在快速處理變頻數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)有通用DSP數(shù)據(jù)解決能力不符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象出現(xiàn)。

在實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變頻技術(shù)的過(guò)程中，都要求要快速準(zhǔn)確地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，而通用DSP微處理器因?yàn)樽陨淼木窒扌?，無(wú)法完成作為DDC的重點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行部件的處理。換句話說(shuō)，在通用DSP微處理器的基礎(chǔ)上，要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變頻是有一定難度的，因此要加強(qiáng)對(duì)通用DSP微處理器的技術(shù)更新和改造[4]。

（三）在FPGA基礎(chǔ)上發(fā)展數(shù)字化變頻技術(shù)。由以上兩段的論述可以得出結(jié)論，要達(dá)到采樣過(guò)程的高速度和高效率，運(yùn)用以上兩種方法都有一定的難度，因?yàn)樗鼈兌加懈髯圆豢杀苊獾娜毕荨Ｔ谀壳靶滦偷腇PGA出現(xiàn)后，這種狀況有了很大程度上的改觀，它可以把其他的DSP運(yùn)算還有若干加乘運(yùn)算同時(shí)處理，采用并行同時(shí)處理的方法，使得采樣的速率實(shí)現(xiàn)高效化，這樣對(duì)性能要求高的無(wú)線電模塊可以在FPGA基礎(chǔ)上得以計(jì)算出來(lái)。

對(duì)無(wú)線電模塊的設(shè)計(jì)還可以通過(guò)利用可編程邏輯器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方法可以在根本上提高系統(tǒng)的性價(jià)比和可信力，使系統(tǒng)芯片的使用數(shù)量最大化地減少，系統(tǒng)芯片的體積最大化地縮小。因此，在FPGA基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的變頻是可行的，它在提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力和系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的作用也是顯而易見(jiàn)的，要把FPGA方法進(jìn)一步運(yùn)用在數(shù)字下變頻中。

三、數(shù)字下變頻的實(shí)現(xiàn)方法

（一）選取現(xiàn)實(shí)的方案?，F(xiàn)在一般都用硬件的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻的研發(fā)，因?yàn)椴捎密浖膶?shí)現(xiàn)方式能夠使開發(fā)難度增大，需要編寫CIC、FIR等算法。目前，經(jīng)常用到的數(shù)字下變頻芯片主要有ADI公司的AD6655，AD6654系列芯片，在這兩種芯片中，AD6654可以很好地完成數(shù)字下變頻功能的實(shí)現(xiàn)，使無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)得到進(jìn)一步的優(yōu)化，而AD6655在實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變頻中，還要通過(guò)FPGA和DSP對(duì)其最終輸出端做更深層次的處理，它的實(shí)現(xiàn)不是完整的數(shù)字變頻功能。

AD6654可以形成7路NCO頻率，這就能夠?qū)Ω鞣N不同信號(hào)的數(shù)字下變頻功能提供條件，例如WCDMA、CDMA2000、UMTS、GSM等多個(gè)數(shù)字變頻的信號(hào)的實(shí)現(xiàn)，所以，在實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻方案時(shí)要采用AD6654變頻芯片。

（二）對(duì)結(jié)果的仿真。依據(jù)DUC/DDC的理論基礎(chǔ)，基帶數(shù)據(jù)庫(kù)的整倍數(shù)才可以成為fs，以便能夠更加詳細(xì)地確定采樣時(shí)鐘fs與中頻fi的關(guān)系，以實(shí)例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)DUC/DDC的原理來(lái)看，fs需要的是基帶數(shù)據(jù)率的整數(shù)倍數(shù)，GSM形成頻譜混疊的情況不高，因?yàn)槠錈o(wú)線網(wǎng)絡(luò)的載波寬帶不高，假使會(huì)有頻譜混疊的情況出現(xiàn)，這種現(xiàn)象也是不明顯的。另一方面，WCDMA形成頻譜混疊的現(xiàn)象相對(duì)于前者就會(huì)明顯一些，因?yàn)樗妮d波寬帶相當(dāng)寬，形成頻譜混疊的現(xiàn)象會(huì)更頻繁，因此，我們選擇ACDEMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為例來(lái)對(duì)其進(jìn)研究[5]。采樣的過(guò)程中，在中頻fi和時(shí)鐘fs都滿足帶通采樣的原理的時(shí)候，即當(dāng)fs等于2（2Xfi）/（2n+1）gt;=2B時(shí)，比較合乎想象的頻譜波形就會(huì)形成，通過(guò)這個(gè)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，唯有在fs等于2（2Xfi）/（2n+1）的情況下，也就是時(shí)鐘Fs和中頻fi在同一時(shí)間都滿足帶通采樣的規(guī)定原理時(shí)，才能夠產(chǎn)生最適合的底噪譜波。

結(jié)束語(yǔ)

在上文的論述中，可以看出對(duì)數(shù)字下變頻芯片AD6654所進(jìn)行的仿真試驗(yàn)測(cè)試是在WCDMA無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，由此可以得出結(jié)論，3G通信領(lǐng)域里面完成數(shù)字化通信的設(shè)想是可以實(shí)現(xiàn)的，只要利用軟件無(wú)線電的方法就可以。在目前數(shù)據(jù)通信科學(xué)技術(shù)不斷改進(jìn)和完善的情況下，在以數(shù)字下變頻技術(shù)為重要發(fā)展方向的指引下，無(wú)線電技術(shù)的技術(shù)發(fā)展將會(huì)擴(kuò)向更廣更深的領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

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