近年来，软件无线电现已成为通讯范畴一个新的发展方向，数字下变频技能(Digital Down Converter-DDC)是软件无线电的核心技能之一，也是核算量最大的部分。根据FPGA的DDC规划一般选用CIC、HB、FIR级联的方法组成。一起，因为CIC滤波器的通带功用真实太差，所以中心还要加上一级PFIR滤波器以滑润滤波器的通带功用。而众所周知用FPGA从事算法的开发是一件难度比较大的作业，而Xilinx公司开发的System Generator东西为算法的快速开发及仿真带来了巨大的便利。本文首要对CIC、HB、FIR滤波器的原理及规划作了简略的阐明，最终用Matlab结合System generator对本文所规划的DDC滤波器作了一个仿真。
1 整体结构规划
数字下变频技能作为数字信号处理中的一个关键技能，它一般由以下儿部分组成。首要，CIC滤波器，它完结简略而且能完结较大的下抽率。其次，因为CIC滤波器带内平整功用太差，因而在CIC滤波器之后一般要加上PFIR来滑润带内平整度。最终，因为CIC滤波器的抽取因子小宜获得过大，冈此还要用HB滤波器的级联来进一步添加抽取率。下面本文以怎么规划一个原信号采样率为72 MHz的、有用信号带宽为2.05 MHz的、下抽率为14的、主旁瓣衰减80 dB以上的、通带平整度小于0.2 dB的下抽滤波器为例阐明下抽滤波器的规划。
实践中常用的DDC的完结框图如图1所示。
2 CIC滤波器规划
CIC滤波器是近年来鄙人变频中用得最多的一种技能，CIC滤波器在多速率信号处理中具有特别重要的方位，它能够充任内插滤波器，也能够充任抽取滤波器，首要取决于积分器和梳状滤波器的衔接次序。因为CIC(级联积分梳状)滤波器不需求乘法运算和存储系数，因而完结十分简略，在采样率改换过程中常常运用CIC滤波器进行数字滤波。
考虑到CIC滤波器的除数及抽取因子不宜获得过大，所以实践巾的下抽滤波器一般都是选用CI协同HB来完结下抽的使命。比方这儿咱们要下抽14，一般的做法是先用CIC下抽7然后用HB下抽2 假如这时一级HB依然不满意要求的话，咱们能够通过恰当添加HB的级联数目来完结下抽。例如，假如要下抽28，那么能够先下抽7，然后通过两级HB来完结下抽4，从而到达下抽28的意图。
在MATLAB中通过设置下抽因子，需求的通带截止频率等参数能够便利的规划出想要的CIC滤波器。下图为本次规划中规划出的CIC滤波器的幅频呼应。
通过将其通带细节图扩大，能够发现在2.05 MHz处通带的衰减为4.508 dB。
3 PFIR滤波器规划
PFIR滤波器的规划方针是在满意通带波纹和过渡带宽尽可能窄的一起使得阻带衰减尽可能大，PFIR的阶数越高，PFIR滤波器的通带波纹，过渡带宽，阻带衰减等特性就越好。
PFIR存在的含义是它能够改进CIC滤波器带内平整度较差的问题，因而，其带内的幅频呼应的走势和CIC正好相反，从而在必定程度上滑润CIC滤波器通带内衰减的趋势。在规划好了上一级CIC滤波器的基础上，通过输入现已完结的上级滤波器参数在MATLAB中能够主动生成与其互补的PFIR滤波器，它的幅频呼应如图4所示。
通过将这儿规划的PFIR滤波器与上节规划的CIC滤波器进行级联，级联后的滤波器的幅频呼应较之于之前规划的CIC滤波器其通带功用有了很大的进步，级联前的CIC滤波器的通带波纹为4.508 dB，而级联后仅为0.11 dB将其通带细节图如图5所示。
4 HB滤波器规划
半带滤波器是一种特别的FIR滤波器，在多速率信号处理中有着至关重要的效果。在常见的下抽滤波器规划中第二级一般选用HB滤波器要用到第二级的原因是归纳考虑到带内平整度和阻带衰减度等要素使得榜首级CIC抽取滤波器的级数和抽取因子不宜过大，HB滤波器的带内平整度好，核算效率高，在高速率信号处理中发挥着重要的效果，在抽取因子为2的幂次方的场合更是如虎添翼。
HB滤波器的通带和阻带具有对称的联系，因而其通带波纹和阻带波纹持平。可是使其成为数字信号处理中十分常用的一种滤波器的首要原因却是因为其系数有一半均为0。如此，在低速率数字信号处理中或许还不是很重要，可是在那些对实时性要求十分高的体系中，这种将核算量折半的功用就使得其得到了广泛的运用。
归纳考虑前方中提出的规划的要求，文中规划的HB滤波器的幅频呼应如图6所示。
将文中规划的CIC，PFIR，HB级联之后得到的总的滤波器的幅频呼应如图7所示，能够发现较之于C%&&&&&%滤波器的通带功用，此刻级联滤波器的通带功用现已有了较大的进步。其通带细节图如图8所示。
5 system generator仿真
system generator for dsp是业界抢先的高档体系级FPGA开发东西。本次规划是在根据Xilinx(赛林思)的system generator的基础上完结的。赛林思是全球抢先的可编程逻辑完好解决方案的供货商，它研制、制作并出售规模广泛的高档%&&&&&%、软件规划东西以及作为预界说体系级功用的IP(InteIlectual Property)核，客户运用Xilinx及其合作伙伴的主动化软件东西和IP核对器材进行编程。System generator是Xilinx公司进行数字信号处理开发的一种规划东西，它通过将Xilinx开发的一些模块嵌入到MATLAB的Simulink库中，能够在Simulink中进行定点的仿真，能够设置定点信号的类型，这样就能够比较定点仿真与浮点仿真的差异。而且它还能够生成HDL文件，或许网表直接供ISE调用。较之于直接用MATLAB进行算法的仿真其首要优势作于它是根据定点的，一起，它是由各个供给厂商直接供给的库，因而它能够充分认识FPGA内部的资源等，其仿真也更准确牢靠。
尽管，system generator能直接生成供底层FPGA调用的代码以及网表，可是，一般并不这样做。相对于人工编写的代码，system genera tor生成的代码相对冗余度高，资源使用也不及人工编写的代码合理。可是，在某些需求快速进行算法开发的项目中，这种方法无疑为用FPGA从事快速的算法开发供给了一个捷径。
将MATLAB与system generator集成后，由图1所示的原理框图，搭建了用于仿真的system generator模块，如图9所示。
在输入端输入幅频响如下图所示的信号，其有用信号规模173～25.5 MHz。别的为了便利仿真成果的调查，又加入了2个大的噪声信号别离坐落32.4MHz，12.4 MHz。
将上图所示的信号送入DDC网络后，信号变成I/Q两路信号，将这两路信号组合成复数信号后得到的复数信号的频谱图如图11(a)所示。
图11(a)为原输入信号的有用信号邻近的细节图，而图11(b)为通过DDC网络后得到的复数信号的幅频呼应图。因为simulink的频谱制作东西显现改写的问题它们看起来有了一点点的误筹，可是，也能够发现经下变频后的信号有用的康复了原信号的频谱信息。它将原输入信号的负边频线性搬移到了以0频为中心的带宽为4.1MHz的频谱上来。
6 结束语
实践项目中接触到的信号处理使命大多为带通讯号，假如直接选用传统的奈奎斯特采样定理对模拟信号进行采样，然后进行数字信号处理使命，这样对后端的DSP器材的实时性要求太高。因而，一般咱们都要先用一个FPGA来完结数字信号的下变频操作，之后再由后端的DSP器材来完结信号处理使命。因而，怎么合理的规划DDC下变频就显得特别重要。本文针对怎么规划DDC滤波器以及根据FPGA的System Generator的仿真都作了简略的介绍。
