因为最近在做宽带数字信号的数字下变频，所以重点看了这一方面的论文。下文重点对IEEE 上的一篇论文Real-time wideband DDC based on parallel architecture in synthetic instrument 做了个读书笔记，并对自己在这方面的工作做了一个小结。
主要内容：这篇论文主要解决宽带数字中频信号处理过程中的一些问题，并行处理结构可以有效的降低采样率，多通道并行处理则可以有效降低处理成本。该论文介绍了数字下变频技术，分析了多种数控振荡器导致输出相位的不同，并总结了减少信噪比的误差因素，提供了特殊工程设计的指数分布依据。
图1DDC总体结构
原理：数字下变频器(D DC)是接收机A／D变换后，首先要完成的处理工作，一般的DDC 由本地振荡器(NCO)、混频器、低通滤波器和抽取器组成.主要作用：其一是把中频信号变为零中频信号；其二是降低采样率。从频谱上看，数字下变频将A/D采样后信号从中频变换,到基带。这样的处理由两步完成：首先是将输入信号与正交载波相乘，然后进行数字滤波滤除不需要的频率分量。NCO，混频器，数字滤波器速率要等于采样率，采样率低于600MHz，很难实时的在FPGA中进行处理。
数字下变频DDC
在超外差式接收机中，如果经过混频后得到的中频信号比原始信号的频率低，那么此种混频方式叫做下变频（Down Converter or DC）。将射频信号通过一次或者几次的模拟下变频转换到中频上，在中频对信号数字化，然后再进行数字下变频。数字下变频（Digital Down Converter or DDC）是软件无线电的核心技术之一。
数字下变频分为两个基本的模块，数控振荡器NCO(Nu-merical Control Oscillator)混频模块和抽取滤波模块。其中NCO模块产生正余弦波样本值，然后分别与输入数据相乘，完成混频。
抽取滤波模块常用的结构是积分梳状抽取滤波器(CIC)级联后再与多级半带滤波器(HBF)的级联。如果信号带宽比较宽，抽取倍数不是很大，可以采用FIR滤波器。当输入信号采样速率很大的时候，则可以采用多相滤波的下变频方案，把运算环节安排在抽取之后，这种结构大大降低了对数据处理速度的要求。
数字下变频在软件无线电中起着十分重要的作用。
数字上变频DUC
数字上变频DUC(Digital Up Converter)，无线电发射链路中，数字信号经过转换成模拟信号，模拟信号经过混频后得到比原始信号高的期望的射频中心频率，然后信号经过放大到适当的功率电平，最后经过限制带宽后经天线发射出去。
这种混频频率向上变化的方式叫做上变频。数字上变频（DUC）是软件无线电的核心技术之一。
结构：
NCO ：产生正余弦序列，即I/Q 两路信号。
CIC 滤波器，适用于系统中的第一级抽取和进行大的抽取因子的抽取工作，并降低速率。 FIR 滤波器，完成对整个信道的整形滤波。 DDC 主要有三种实现途径：采用专用芯片、自制专用芯片、基于DSP 或FPGA 等通用芯片。 论文主体：
1.并行处理结构:抽取滤波器模块通过多相滤波器结构降低采样率和实现低通滤波。
图2 DDC 并行处理结构
2.通过合成，所有的和信号将混合成最后的I 和Q 路信号。
图3 多路信号的合成
3.NCO 输出序列的相位差分析
NCO 输出多路正余弦信号，各有不同的相位差，但在相位分离后有相同的采样率。以正弦信号为例，等同于,...2,1,0),2sin()(=∙=n nT f n d s π分析此式，很容易发现多路信号间存在相位差。
4.量化影响和误差分析
离散信号的精确性与寄存器长度相关，寄存器长度越长，精确度越高，硬件实现却越复杂。多路相位合成滤波器在DDC 并行处理过程中不会产生其他噪声，因此在并行处理过程中信噪比的分析等同于传统的DDC 结构。 我做的工作：
通过matlab 程序了解数字下变频几个过程，重点在CIC 滤波器，HB 滤波器和FIR 滤波器。 基于matlab 的数字下变频设计步骤。
步骤一：确定数字频率合成器输出频率 步骤二：确定总抽取率D
步骤三：确定各级滤波器设计参数 CIC 滤波器（所谓的积分梳妆滤波器）：抽取率、级数； 补偿滤波器和FIR 滤波器：抽取率、阶数及系数。 数控振荡器
NCO 采用的直接数字频率合成技术(DDS)是一种实用的频率合成技术，DDS 由相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术。DDS 合成技术采用了简便和有效的查表法， 即根据各个正弦波相位计算好相位对应的正弦值，存在ROM 中。随着时钟周期变换，相位累加器不断频率控制字累加，送出相应的相位累加值；按照产生的相位累加值在正弦数据存储单元中查出对应的正弦幅度值并输出。当一个周期相位满后，查找表回到初始值。 由matlab 程序得到NCO 信号如图1。
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
x 10
-6
-200
-1000100
200NCO 信号
0.1
0.2
0.3
0.4
0.50.6
0.7
0.8
0.9
1
x 10
-6
-200
-1000100
200时间/s
图1
CIC 滤波器
CIC 滤波器是一种重要的用于采样率变换的高效率滤波器，结构整齐，运算简捷，硬件资源利用率很高，常用于高采样率数据端口和高变换比率的场合，即靠近模拟部分的一端。 由matlab 的CIC 滤波器程序可以得到CIC 滤波器幅频特性、相频特性：
0.5
1
1.5
2
-2002040
60H1(z)的幅频特性曲线0
0.51 1.52
-2-1012H1(z)的相频特性曲线
0.5
1
1.5
2
-40
-20
20H2(z)的幅频特性曲线
0.51 1.52
-2-1
12H2(z)的相频特性曲线
0.5
1
1.5
2
-60-40-20020CIC 滤波器的幅频特性曲线
0.5
1
1.5
2
-4-2024CIC 滤波器的相频特性曲
线
0.5
1
1.5
2
-200
-100
1004级CIC 滤波器的幅频特性曲线
0.5
1
1.5
2
-4-2
244级CIC 滤波器的相频特性曲线
图2
CIC 算法模型：
CIC 滤波器的传递函数为:
N
N RM N c
N
l z z H H z )1()1()(H 1----==N
RM k K z ][1
∑-=-= N 阶CIC 抽取滤波器的幅频响应为:
N
jw ]/2)
Sa(R/2)Sa([
|)H(e |ωω=
HB （半带滤波器)
HB 滤波器非常多的用于实现D=2倍的抽取，计算效率比普通FIR 效率高出近一倍，时间也更快。HB 性质：
5
.0)()(1)(H 2
/)(=-=-πωπj j jw e
H e H e
HB 的冲激响应偶数点全是零(零点除外)，所以HB 只有一般FIR 运算量的二分之一。 由matlab 的HB 滤波器程序可以得到HB 滤波器幅频特性、相频特性：
00.5
1
-100
-500
50HB0滤波器的幅度曲线00.5
1
-3000
-2000
-1000
0HB0滤波器的相位曲线
0.5
1
-300
-200-1000
100HB4滤波器的幅度曲线
00.51
-6000
-4000
-2000
0HB4滤波器的相位曲线
FIR 滤波器
FIR 滤波器设计方法以直接逼近所需离散时间系统的频率响应为基础，主要是选择有限长度
的h(n)，尽可能逼近传输函数。线性相位FIR 滤波器单位冲激响应h(n)的设计常用等纹波法、窗函数法或频率抽样法。
窗函数法是指定连续的理想频率响应，然后用积分方法求出理想滤波器的单位抽样响应。容易做到线性相位、稳定，可以设计各种特殊类型的滤波器，设计方法简单。但是幅频指标不理想，不易控制边缘频率。其中采用汉宁(hanli)窗设计的滤波器，主瓣和旁瓣有大约50dB 的差距，并且过渡带宽、通带波动比较小，而且其旁瓣下降比较快，基本满足设计要求。 等波纹算法就是使滤波器的频率响应在所感兴趣的频率范围内与理想滤波器的频率响应之间的最大逼近误差最小。MA TLAB 中的函数REMEZ 是用于设计最佳滤波器的，而REMEZORD 函数则用来计算所需的滤波器阶数。
下图给出的matlab 程序是用汉宁窗实现31阶和127阶FIR 低通滤波器的频响应：
0123456
7
x 10
5
-150
-100-50031阶FIR 低通滤波器的幅频响应
1
2
345
6
7
x 10
5
-2000
-1500-1000-500031阶FIR 低通滤波器的相频响应
频率/Hz
0123456
7
x 10
5
-150
-100-50031阶FIR 低通滤波器的幅频响应
1
2
345
6
7
x 10
5
-2000
-1500-1000-500031阶FIR 低通滤波器的相频响应
频率/Hz
数字下变频电路的FPGA实现 随着数字化时代的到来，数字信号处理技术已经成为了许多领域中不可或缺的一部分。其中，数字下变频技术是一种非常重要的数字信号处理技术，被广泛应用于雷达、通信、音频处理等领域。本文将介绍数字下变频电路的FPGA实现。 数字下变频电路的基本原理数字下变频电路的基本原理是将输入信号进行混频，将高频信号转换为低频信号，并对低频信号进行采样和滤波，得到一个纯净的低频信号。数字下变频电路通常由数字信号处理器、数字乘法器和数字低通滤波器等组成。 FPGA实现数字下变频电路的优势 FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，能够根据需要实现各种数字电路。与传统的数字信号处理芯片相比，FPGA具有以下优势： 高速并行处理能力：FPGA内部具有大量的可编程逻辑器件，可以实现高速并行处理，提高处理速度和效率。 灵活性：FPGA可以通过重新编程实现不同的数字电路，方便灵活，可以快速适应不同的应用场景。 可靠性：FPGA内部具有严格的质量保证措施，保证了数字电路的可
靠性和稳定性。 设计数字下变频电路的算法：根据具体应用场景和要求，利用MATLAB 等软件设计数字下变频电路的算法。 将算法转换为硬件描述语言：将设计的数字下变频电路算法转换为硬件描述语言（如VHDL或Verilog），并利用EDA工具进行仿真和验证。 将硬件描述语言编译成二进制文件：将生成的硬件描述语言编译成二进制文件，以便在FPGA上实现。 将二进制文件下载到FPGA中：将生成的二进制文件下载到FPGA中，通过调试和测试，最终实现数字下变频电路。 结论数字下变频电路的FPGA实现具有高速并行处理能力、灵活性和可靠性等优势，已经被广泛应用于雷达、通信、音频处理等领域。通过设计算法、转换为硬件描述语言、编译成二进制文件以及下载到FPGA中等步骤，可以实现数字下变频电路的高效、快速和可靠实现。数字下变频电路是一种重要的信号处理单元，它在通信、雷达、电子对抗等领域有着广泛的应用。数字下变频电路可以将高频信号转换为低频信号，使得信号处理变得更加容易和方便。随着集成电路和数字
数字滤波器的主要技术指标 数字滤波器是一种对数字信号进行滤波处理的设备或算法，通过改变信号的频率成分，实现信号的去噪、增强或调整的目的。主要技术指标是指用于评估数字滤波器性能的一些重要参数，下面将从频率响应、通带特性、截止频率、滤波器类型和滤波器阶数等几个方面介绍数字滤波器的主要技术指标。 1. 频率响应：频率响应是描述数字滤波器对不同频率信号的响应程度的指标。常见的频率响应包括低通、高通、带通和带阻等。低通滤波器能够通过低于截止频率的信号，而高通滤波器则能通过高于截止频率的信号。带通滤波器可以通过位于两个截止频率之间的信号，而带阻滤波器则能阻止位于两个截止频率之间的信号。 2. 通带特性：通带特性是指数字滤波器在通带内的频率响应特点。通带特性可以用来描述数字滤波器在通带内的增益、相位响应和群延迟等参数。通带特性的好坏决定了数字滤波器对信号的处理效果，通常要求通带内的增益保持平坦，相位变化小，群延迟均匀。 3. 截止频率：截止频率是指数字滤波器在频率响应中的一个重要参数，用来区分不同类型的滤波器。低通滤波器的截止频率是指能通过信号的最高频率，而高通滤波器的截止频率则是指能通过信号的最低频率。带通和带阻滤波器的截止频率则是指能通过信号的上下截止频率。
4. 滤波器类型：滤波器类型是指数字滤波器根据不同的响应特性进行分类的方式。常见的滤波器类型有FIR（有限脉冲响应）滤波器和IIR（无限脉冲响应）滤波器。FIR滤波器的特点是稳定、线性相位和易于设计，但计算复杂度较高。而IIR滤波器的特点是计算复杂度低，但可能不稳定且具有非线性相位。 5. 滤波器阶数：滤波器阶数是指滤波器中的延迟单元数目，用来描述滤波器的复杂度和性能。滤波器阶数越高，滤波器的响应特性越陡峭，但同时也会增加滤波器的计算复杂度。选择适当的滤波器阶数能够平衡滤波器的性能和计算复杂度。 数字滤波器的主要技术指标包括频率响应、通带特性、截止频率、滤波器类型和滤波器阶数等。了解这些技术指标可以帮助我们选择和设计合适的数字滤波器，以满足不同的滤波需求。在实际应用中，我们需要根据具体的信号处理任务和性能要求来选择适当的数字滤波器，以达到预期的信号处理效果。
通信系统中的数字上变频和下变频 数字上变频器(DUC)和数字下变频器(DDC)不仅仅是通信应用(如软件无线电)中的关键，而且在需要窄带信号高速流的应用中也是重要的。另外，DDC结构容易控制所有取样速率下的混淆防止分样。 让我们看看数字记录5MHz带宽(中心在50MHz)信号的问题。此信号可以是来自RF-IF模拟下变频器的信号或者是直接从天线接收的信号。为了满足尼奎斯特准则，我们需要以 105ms/s取样率取样此信号。然而，为了合理地捕获此信号，应该在较高的取样率(至少200ms/s)取样此信号。假设ADC为16位，在该速率下被取样的信号会产生400MB/s数据。也许更难办的是以这样高速率采集和存储数据缺乏商业可用的方案。大多数可用的PC基数字器仅能在大约几分之几秒内存储此数据。 数字下变频 DDC在持续时间期间可以数字记录RF信号。在此实例中，我们仅需要记录5MHz信号(中心频率50MHz)，而不是ADC的整个尼奎斯特带宽。DDC允许除去其余数据，并降低数据率。在现场可编程门阵列(FPGA)中实现时，简单的数字下变频分为3个性质不同的步：频率变换、滤波和分样(图1)。 频率变换和滤波 第1步是频率变换。5MHz频带需要降低变换到基带，靠乘或与载频(fc)正弦信号混频实现这种变换。用数字控制振荡器(NCO)数字产生正弦波。NCO通常也称之为本机振荡器(LO)，它可以在精确频率和相位下产生取样波形。 随着信号从50MHz变频到基带，信号拷贝也从50 MHz变频到100 MHz。基于此原因，新的基带信号必须滤波，去除较高频率的信号。然而，到此我们的任务没有完成。我们仍有1个在200ms/s取样的低频基带信号。传输额外不必要数据时不希望PC总线过载，我们重新取样信号来降低有效取样率。这靠分样实现，在规则的时间间隔内从数字化的信号中去除数据点。在此例中，取样从200ms/s下降到10ms/s，每20个取样去除19个取样。 防止混淆的分样 采用分样，数字化器的采集引擎继续以同样的最大速率进行取样。然而，仅有少量的采集点被存储、被取出和传输到PC，这降低取样率到所希望的水平。但是，此技术不是极简单的。 为便于说明，假定数字化器的最大取样率是100MS/s，使其尼奎斯特频率为50 MHz，而信号有两个分量：10 MHz基频和20MHz激励频率分量。若数字化器分辨率为14位，则在100MS/S总数据率是200MB/s，这远远高于PCI总线理论极限132MB/s。这是采用较低取样率(如25MS/s)的1个原因。现在尼奎斯特频率应该是12.5MHz。然而，20MHz频率分量混淆回到5MHz。现在，不可能告知信号实际上是否是5MHz信号或混淆到5MHz的另外较高频率信号(20MHz，30MHz，45MHz)。 解决此问题的1种方案是称之为防止混淆分样的增强分样技术。在此技术中，数字化器继续在100MS/s最高取样率下采集数据，但加1个低通数字滤波器，在分样前截止尼奎斯特频率(图2)。 正交数字下变频 图1所示DDC只适用于单维调制信号。这种信号的1个实例是AM无线电的双边带幅度调制信号，它用比实际所需两倍的带宽。这样的信号在低和高于载频是相同的。
数字滤波器的原理与应用 1. 介绍 数字滤波器是一种对数字信号进行滤波处理的设备或算法，它可以通过去除或 减弱一些特定频率上的噪声或干扰，使得信号更加清晰与稳定。本文将介绍数字滤波器的原理与应用。 2. 数字滤波器的分类 数字滤波器可以被分为以下几类： 1.无限脉冲响应(IIR)滤波器：通过使用递归方程来实现滤波的过程。 这些滤波器具有无限的冲激响应，能够提供更加复杂的滤波特性。 2.有限脉冲响应(FIR)滤波器：通过使用有限长度的响应来实现滤波的 过程。这些滤波器通常具有更好的稳定性，并且可以使用效率较高的算法来实现。 3.低通滤波器：用于去除高频信号，只允许通过低频信号。 4.高通滤波器：用于去除低频信号，只允许通过高频信号。 5.带通滤波器：用于去除高频和低频信号，只允许通过中间频率的信号。 6.带阻滤波器：用于去除中间频率的信号，只允许通过高频和低频信号。 3. 数字滤波器的工作原理 数字滤波器的工作原理基于对输入信号进行采样并应用一系列滤波算法来改变 信号的频率与幅度。其主要包含以下步骤： 1.采样：输入信号通过模拟-数字转换器(ADC)转换为数字信号。 2.滤波算法：应用滤波算法来改变信号的特性。这些算法可以基于IIR 滤波器或FIR滤波器的原理实现。 3.重构：应用数字-模拟转换器(DAC)将数字信号转换为模拟信号。 4. 数字滤波器的应用 数字滤波器在许多领域中得到了广泛的应用，包括但不限于： •通信系统：数字滤波器用于改善通信系统中的语音和数据传输质量，去除信号中的噪声和干扰。
•图像处理：数字滤波器用于图像去噪、图像增强、边缘检测等应用。 •音频处理：数字滤波器用于音频信号的降噪、均衡等处理。 •生物医学信号处理：数字滤波器用于去除生物医学信号中的噪声和干扰，提取有效的生理信号。 •控制系统：数字滤波器用于对控制系统中的测量信号进行滤波处理，提高系统的稳定性和准确性。 5. 总结 数字滤波器是一种对数字信号进行滤波处理的设备或算法，通过去除或减弱特定频率上的噪声或干扰，使得信号更加清晰与稳定。它的工作原理基于采样、滤波算法和重构这些步骤。数字滤波器在通信系统、图像处理、音频处理、生物医学信号处理和控制系统等领域都有广泛应用。
数字滤波器的设计及实现 数字滤波器是数字信号处理中常用的一种滤波器，它的作用是对数字信号进行滤波处理，可以去除高频噪声、降低信号中频率成分、增强信号。 数字滤波器可以分为有限长和无限长两种，有限长滤波器的输入和输出信号都是有限长的，无限长滤波器输入信号是无限长的，但是输出信号是有限长的。在实际应用中，有限长滤波器的应用更加广泛。 数字滤波器的设计需要考虑滤波器的特性和性能指标，例如阻带衰减、通带幅度响应、群延迟、相位线性等。以下将介绍数字滤波器的设计及实现具体步骤。 I. 确定滤波器的类型 常见的数字滤波器有低通、高通、带通和带阻四种类型。在滤波器设计中，首先需要确定所需滤波器类型。例如，需要去除高频噪声，则可以选择低通滤波器；需要去除低频成分，则可以选择高通滤波器。 II. 确定滤波器性能指标 另一个重要的因素是确定滤波器的性能指标。在确定性能指标的同时，需要对应用的信号做出充分的分析，确定所需的频率响应特性。
性能指标通常包括：通带增益、截止频率、阻带衰减、通带纹波等。这些指标都是用于评价滤波器的性能和可靠性的重要特征，通常需要在滤波器设计的早期确定。 III. 选择常见的数字滤波器 对于一般的滤波器设计，可以从常用的数字滤波器中选择一个进行优化，比如利用IIR（Infinite Impulse Response）结构的双二阶Butterworth滤波器是常用的数字滤波器之一，它的通带幅度响应为1，阻带幅度响应为0，剩余的幅度响应过渡区域平滑连续，是滤波器设计中最为常用的一种。 IV. 计算滤波器系数 一旦确定了滤波器类型和性能指标，就可以开始计算滤波器系数，系数通常通过设计软件进行计算。 IIR滤波器中的系数通常是两个一阶滤波器的级联，因此需要根据IIR滤波器的公式进行计算得出。常用的计算方法有：蝶形结构法、直接形式II法、正交级联法等。 V. 实现数字滤波器 根据滤波器的类型和性能指标，可以选择合适的实现方式。实现方式通常包括：离散时间傅里叶变换（DFT）、快速离散时间傅里叶变换（FFT）、差分方程等。 其中DFT和FFT算法是一类相似的算法，它们可以将离散的
数字下变频中抽取滤波器的设计及FPGA实现 摘要：针对软件无线电接收机数字下变频中高速数字信号的降采样需求，利用半带滤波器及级联积分梳状滤波器，设计了一种半带滤波器前置的多级抽取滤波器架构。通过Simulink搭建系统模型验证之后，利用Xilinx ISE 12.3在Xilinx xc5vsx95t-2ff1136 FPGA上实现了一种下采样率为64的抽取滤波器。Modelsim仿真结果表明，该抽取滤波器设计是有效的，达到了设计指标。 0 引言数字下变频是软件无线电接收机的关键模块，高速数字信号进行变频、降采样、滤波，将高速中频信号变为低速基带信号[1-2]，便于后级处理。其中，降采样和滤波是下变频的关键模块，由抽取滤波器来完成[3]。由于多级结构可以大大降低滤波器的阶数[4]，允许每一级归一化过渡带宽比较宽[5]，抽取滤波器一般采用多级结构实现，常用结构如图1所示，wdz4-t1.gif级联积分梳状（Cascaded integrator-com，CIC）滤波器通常作为第一级抽取滤波器[1-6]。 为缩短关键路径，从而提高采样速度，滤波器常采用并行处理及流水线技术[6]。CIC滤波器中有反馈回路，加入流水线寄存器则会导致反馈回路不同步，从而无法采用流水线技术；FIR滤波器则可以采用并行处理及流水线技术。对于半带滤波器（Half-band Filter, HBF）而言，采用分布式算法则可以很好地兼容并行处理与流水线技术，且无需速率受限的乘法器资源。本设计对流水线式全并行分布式算法进行改进用以实现HBF，而并行处理提高采样率是采用复制硬件的方法[7]，wdz4-t2.gif全并行结构的HBF则是复制使用LUT，在满足处理速度的要求下，本文将HBF置于数据位宽最小的输入级（如图2）。 1 抽取滤波器整体设计及Simulink建模仿真本文将64倍抽取的总抽取率分为3级实现：2倍抽取的前置HBF、16倍抽取的CIC抽取滤波器以及2倍抽取的FIR补偿滤波器，如图2所示。各级指标如表1所示。 Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，可以对动态系统进行建模仿真及分析，支持多速率系统，广泛应用于数字信号处理领域的建模仿真。本文的系统模型如图3所示。
1引言 在微机控制系统的模拟输入信号中，一般均含有各种噪声和干扰，他们来自被测信号源本身、传感器、外界干扰等。为了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的噪声和干扰。噪声有2大类：一类为周期性的，其典型代表为50 Hz的 工频干扰，对于这类信号，采用积分时间等于20 ms整倍数的双积分A/D转换器，可有效地消除其影响；另一类为非周期的不规则随机信号，对于随机干扰，可以用数字滤波方法予以削弱或滤除。所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰信号在有用信号中的比重，因此他实际上是一个程序滤波。 数字滤波器克服了模拟滤波器的许多不足，他与模拟滤波器相比有以下优点： ⑴数字滤波器是用软件实现的，不需要增加硬设备，因而可靠性高、稳定性好，不存在阻抗匹配问题。 ⑵模拟滤波器通常是各通道专用，而数字滤波器则可多通道共享，从而降低了 成本。 ⑶数字滤波器可以对频率很低(如0.01 Hz)的信号进行滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的限制，频率不可能太低。 (4)数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。 2常用数字滤波算法 数字滤波器是将一组输入数字序列进行一定的运算而转换成另一组输出数字序 列的装置。设数字滤波器的输入为X(n)，输出为Y(n)，则输入序列和输出序列之间的关系可用差分方程式表示为： I-I _r\ |-i m CcHl jr * 其中：输入信号X(n)可以是模拟信号经采样和A/D变换后得到的数字序列，也可以是计算机的输出信号。具有上述关系的数字滤波器的当前输出与现在的和过去的输入、过去的输出有关。由这样的差分方程式组成的滤波器称为递归型数字滤波器。如果将上述差分方程式中b取0，则可得： cedr：* ¥㈤三次X IR-川(2) 说明输出只和现在的输入和过去的输入有关。这种类型的滤波器称为非递归型数字滤波器。 参数a、b的选择不同，可以实现低通、高通、带通、带阻等不同的数字滤波器。 2.1算术平均值滤波 算术平均值滤波是要寻找一个Y,使该值与各采样值X(K)(K=1〜N)之间误差的 平方和为最小，即：
数字下变频原理 数字下变频是一种常用于通信系统中的技术，它能够将高频信号转换成低频信号，从而方便信号的处理和传输。本文将介绍数字下变频的原理及其在通信系统中的应用。 一、数字下变频的原理 数字下变频的原理基于信号的采样和数字信号处理技术。具体而言，数字下变频包括两个主要步骤：采样和数字信号处理。 1. 采样：首先，将高频信号进行采样，即按照一定的时间间隔对信号进行离散化处理。采样的频率需要满足奈奎斯特采样定理，即采样频率要大于信号频率的两倍。采样后得到的信号是离散的时间序列。 2. 数字信号处理：接下来，对采样得到的信号进行数字信号处理。首先进行模数转换，将离散的时间序列转换为连续的模拟信号。然后，对模拟信号进行滤波处理，去除不需要的高频成分。最后，进行频率变换，将信号的频率从高频变为低频。这个过程通常使用数字滤波器实现。 通过以上两个步骤，数字下变频将高频信号转换成低频信号。这样可以方便后续的信号处理和传输。
二、数字下变频的应用 数字下变频在通信系统中有广泛的应用，下面将介绍其中几个典型的应用场景。 1. 无线通信系统：在无线通信系统中，数字下变频常用于接收机的前端。接收机将接收到的无线信号进行数字下变频，降低信号的频率，然后进行解调和解码等处理。这样可以提高信号的处理效率和灵活性。 2. 雷达系统：雷达系统是一种用于探测和跟踪目标的技术。在雷达系统中，数字下变频用于接收到的雷达信号的处理。通过降低信号的频率，可以减小系统的复杂度和功耗。 3. 数字电视：数字电视是一种将模拟信号转换为数字信号进行传输和显示的技术。在数字电视中，数字下变频用于将接收到的数字信号转换为可供显示的低频信号。这样可以提高电视信号的质量和稳定性。 4. 通信系统仿真：通信系统仿真是一种通过计算机模拟通信系统的工作过程的技术。在通信系统仿真中，数字下变频用于对通信信号进行处理和分析。通过仿真，可以评估系统的性能和优化系统的设计。 总结：数字下变频是一种将高频信号转换为低频信号的技术，它基
数字下变频原理 一、背景介绍 数字下变频（Digital Down Conversion）是一种在通信系统中广泛应用的技术， 用于将高频信号转换成低频信号以方便处理和分析。本文将深入探讨数字下变频的原理及其在通信领域中的应用。 二、数字下变频原理 数字下变频是指将高频信号转换成低频信号的过程，其原理基于采样定理和数字信号处理的技术。下面将详细介绍数字下变频的原理。 2.1 采样定理 采样定理指出，要完全恢复原始信号，采样频率必须大于信号最高频率的两倍。在数字下变频中，高频信号先经过抽样和量化，得到离散的信号样本。 2.2 数字信号处理 在数字下变频过程中，采样的离散信号样本将通过数字信号处理算法进行处理，包括滤波、频率变换和解调等步骤。其中，最重要的步骤是频率变换。 2.3 频率变换 频率变换是将高频信号转换为低频信号的关键步骤。常用的频率变换方法有离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）。这些变换方法可以将时域中的高频信号变换到频域中，进而实现频率降低的目的。 三、数字下变频在通信领域中的应用 数字下变频技术在通信领域中有很多应用，包括无线通信、雷达系统和测量仪器等。下面将介绍数字下变频在这些领域中的具体应用。
3.1 无线通信 在无线通信系统中，数字下变频可以将接收到的高频信号转换成低频信号进行处理。这样做的好处是可以减少硬件成本、节省功耗和提高通信质量。数字下变频还可以实现频谱分析和信号识别等功能。 3.2 雷达系统 雷达系统中使用数字下变频技术可以降低系统复杂度和功耗。数字下变频可以将雷达接收到的高频信号转换成低频信号进行处理和分析，实现目标检测、跟踪和成像等功能。 3.3 测量仪器 在测量仪器中，数字下变频可以将高频信号转换成低频信号进行处理和分析。这样可以降低系统噪声、提高测量精度，并且方便对信号进行数字处理和存储。 四、总结 通过对数字下变频原理的深入探讨，我们了解到数字下变频是将高频信号转换成低频信号的一种重要技术。数字下变频在无线通信、雷达系统和测量仪器等领域中有广泛的应用。掌握数字下变频的原理和应用，对于提高通信系统的性能和效率具有重要意义。 参考文献 1.Smith, Steven W. Digital signal processing. Elsevier, 1999. 2.Li, Taoran, and Christopher R. Anderson. “Digital down converter and digital up converter architectures and applications.” IEEE Communications Magazine 44.9 (2006): 95-101. 3.Proakis, John G., and Dimitris K. Manolakis. Digital signal processing: principles, algorithms, and applications. Pearson Education India, 2001.
变频器滤波器分类及作用 变频器是一种能够控制交流电机转速的设备，它通过改变电源电压和频率的方式来实现对电机转速的调节。在变频器的工作过程中，滤波器扮演着非常重要的角色。本文将从变频器和滤波器分类及作用两个方面来进行详细介绍。 一、变频器的分类及作用 1.根据功率分类：变频器可分为低压变频器和中高压变频器。低压变频器适用于小功率电机（一般在75千瓦以下），而中高压变频器适用于大功率电机（一般在75千瓦以上）。 2.根据使用对象分类：变频器可分为通用型变频器和专用型变频器。通用型变频器适用于各种不同类型的电机控制，而专用型变频器则专门用于某一特定类型的电机控制，如空调变频器、水泵变频器等。 3.根据控制方式分类：变频器可分为开环控制变频器和闭环控制变频器。开环控制变频器通过设置输出频率来控制电机转速，而闭环控制变频器通过反馈信号来实现对电机转速的精确控制。 变频器的作用主要有以下几个方面： 1.节能：变频器通过调节电机转速，使电机工作在最佳工作点，从而实现节能的目的。在一些负载变化较大的场合，变频器能够根据负载变化自动调整电机转速，避免能量的浪费。
2.优化生产过程：变频器能够实现电机的平稳启动和停止，避免因突然启动或停止而对设备造成的冲击。同时，变频器还能够实现电机转速的精确控制，使生产过程更加稳定和高效。 3.提高设备可靠性：变频器能够通过对电机的保护和监控功能，及时发现电机运行异常并进行报警或自动停机，避免由于电机故障而对设备造成严重损坏。 4.减少设备维护成本：变频器通过对电机的运行状态进行监控和分析，可以及时发现电机的故障，并提供相应的故障诊断信息，从而减少设备的维护成本和停机时间。 二、滤波器的分类及作用 滤波器是变频器中不可或缺的一个组成部分，主要用于对变频器输出的电压和电流进行滤波和调节，以保证电机的正常运行。 1.根据滤波方式分类：滤波器可分为电压型滤波器和电流型滤波器。电压型滤波器主要用于对变频器输出电压进行滤波和调节，以减小电压的谐波含量；电流型滤波器主要用于对变频器输出电流进行滤波和调节，以减小电流的谐波含量。 2.根据滤波器结构分类：滤波器可分为单级滤波器和多级滤波器。单级滤波器由一个滤波电路组成，多级滤波器由多个滤波电路串联组成。多级滤波器能够更好地滤除谐波，提高滤波效果。
数字滤波器 1. 引言 数字滤波器是一种用于处理数字信号的系统，用于去除信号中的噪声或者不需 要的频率成分。在实际应用中，数字滤波器广泛应用于通信系统、音频处理、图像处理等领域。 本文将介绍数字滤波器的概念和分类，并重点讨论常见的数字滤波器设计方法。 2. 数字滤波器的概念 数字滤波器是一种离散的系统，其输入和输出都是离散的信号。数字滤波器的 作用是通过对输入信号进行采样和量化，利用一定的数学算法对信号进行处理，从而实现对信号频域的控制。 数字滤波器通常由一个差分方程或者一组差分方程描述，也可以通过离散时间 传输函数或者差分方程的频率响应来描述。 数字滤波器可以分为两种类型：无限脉冲响应滤波器（IIR）和有限脉冲响应滤波器（FIR）。 3. 无限脉冲响应滤波器（IIR） 无限脉冲响应滤波器是一种反馈系统，具有递归性质。其输出取决于前一个输 出和当前输入，并且具有无限长度的脉冲响应。 IIR滤波器的设计方法主要包括：
•构造差分方程：可以通过对连续时间滤波器进行离散化来构造差分方程。 •传递函数设计：可以通过指定所需的幅频响应和相位响应来设计传递函数。 •构造频率响应：可以根据频率响应的要求，设计滤波器的频率特性。 IIR滤波器的优点是可以实现非常窄的带通、带阻等滤波特性，但由于其递归特性，容易产生数值不稳定性和相位失真的问题。因此，在实际应用中需要进行稳定性和相位校正的处理。 4. 有限脉冲响应滤波器（FIR） 有限脉冲响应滤波器是一种非递归系统，其输出只依赖于当前输入和有限个历史输入。 FIR滤波器的设计方法主要包括： •窗口函数设计：可以根据所需的滤波特性选择合适的窗口函数，如矩形窗口、汉宁窗口等。 •频率采样：可以通过对所需频率进行采样，然后通过反傅里叶变换得到滤波器的冲激响应。 •最小二乘设计：可以通过最小化输出与期望响应之间的误差来设计FIR滤波器。 FIR滤波器的优点是具有稳定的相位特性和线性相应，且易于实现。然而，FIR 滤波器通常需要更多的计算资源，特别是在滤波器阶数较高时。
数字上下变频及滤波器 因为最近在做宽带数字信号的数字下变频，所以重点看了这一方面的论文。下文重点对IEEE 上的一篇论文Real-time wideband DDC based on parallel architecture in synthetic instrument做了个读书笔记，并对自己在这方面的工作做了一个小结。主要内容：这篇论文主要解决宽带数字中频信号处理过程中的一些问题，并行处理结构可以有效的降低采样率，多通道并行处理那么可以有效降低处理本钱。该论文介绍了数字下变频技术，分析了多种数控振荡器导致输出相位的不同，并总结了减少信噪比的误差因素，提供了特殊工程设计的指数分布依据。 图1 DDC总体结构 原理：数字下变频器(DDC)是接收机A/D变换后，首先要完成的处理工作，一般的DDC III本地振荡器(NCO)、混频器、低通滤波器和抽取器组成.主要作用：其一是把中频信号变为零中频信号；其二是降低采样率。从频谱上看，数字下变频将A/D采样后信号从中频变换，到基带。这样的处理山两步完成：首先是将输入信号与正交载波相乘，然后进行数字滤波滤除不需要的频率分量。NCO,混频器, 数字滤波器速率要等于采样率，采样率低于600MHz,很难实时的在FPGA中进行处理。 数字下变频DDC 在超外差式接收机中，如果经过混频后得到的中频信号比原始信号的频率低，那么此种混频方式叫做下变频(Down Converter or DC)。将射频信号通过一次或者儿次的模拟下变频转换到中频上，在中频对信号数字化，然后再进行数字下变频。数字下变频(Digital Down Converter or DDC)是软件无线电的核心技术之一。 数字下变频分为两个根本的模块，数控振荡器NCO(Nu-merical Control Oscillator)混频模块和抽取滤波模块。其中\C0模块产生正余弦波样本值，然后分别与输入数据相乘，完成混频。 抽取滤波模块常用的结构是积分梳状抽取滤波器(CIC)级联后再与多级半带滤波器(HBF)的级联。如果信号带宽比拟宽，抽取倍数不是很大，可以采用FIR滤波器。当输入信号采样速率很大的时候，那么可以采用多相滤波的下变频方案，把运算环节安排在抽取之后，这种结构大大降低了对数据处理速度的要求。
FPGA数字上变频总结 一、上变频要求： 模拟器数字中频从20.42MHz提高到70.42MHz。 二、两种方案选择： 第一种方案：内插+低通滤波器+混频器+带通滤波器 为了使得中频输出f0=70.42M，根据奈奎斯特定理，采样频率至少为2f0，因此FPGA内插时工作时钟选择150M可满足要求，同时原来模拟器使用的62M工作时钟更改为75M，即可进行2倍数字内插。整体结构图如下图1所示。 图1 整体结构图 （1）数字内插模块： 内插的作用是提升采样率，将75MHz时钟送来的采样信号按照150MHz时钟等间隔地在两个采样点之间插入一个零值，采样率从75MHz变为150MHz。 内插前后信号matlab仿真频谱图分别如图2和图3所示。
图2 内插前 图3 内插后 （2）低通滤波器模块： 数字内插后会得到高频的镜像频率（54.58MHz ），因此需进行低通滤波滤除高频分量。 x 10 7 0500 1000 1500 2000 2500 3000 -8 -6 -4 -2 2 4 6 8 x 10 7 0200400600800100012001400160018002000
低通滤波后matlab仿真频谱图如图4所示。 x 107 图4 低通滤波后 （3）混频模块： FPGA在150M的工作时钟下，利用NCO生成一个50MHz的载波，然后与内插滤波后的20.42M中频进行相乘混频，混频后得到70.42M和29.58的两个频率的载波。 混频输出matlab仿真频谱图如图5所示。 x 107 图5 混频输出 （4）带通滤波器模块： 通过带通滤波器滤除混频后低频29.58M频率分量，得到70.42M的数字中频。