数字中频
所谓中频，望文生义，是指一种中心频率的信号方法。中频是相关于基带信号和射频信号来讲的，中频能够有一级或多级，它是基带和射频之间过渡的桥梁。
如图1所示，中频部分用数字方法来完结就称之为数字中频。数字中频技能一般包含上下变频（DUC/DDC）、波峰因子衰减（CFR）和数字预失真（DPD）。
DUC/DDC
DUC完结了从“复”基带（Baseband）信号到“实”带通（Passband）信号的转化。输入的复基带信号采样率相对较低，一般是数字调制的符号率。基带信号经过滤波，然后被转化成一个更高的采样率，然后调制到NCO的中频载波频率。
DUC一般需求完结频谱整型（Pulse shaping），然后调制到中频载波，以便于经由DAC驱动后边的模仿转化器。
在图2中，通道滤波器（Channel Filter）完结基带信号的频谱整型，一般由FIR完结。插值（Interpolation）部分完结信号采样率改换和滤波功用，能够选用CIC或许FIR完结。关于一个窄带信号，假如需求高倍采样率改换，那么CIC将是十分适宜的，无论是在完结功用或是资源节约方面，CIC都将优于FIR。
NCO是一个数控振荡器，也叫DDS，能够用来发生一对彼此正交的正弦和余弦载波信号，与插值（添加采样率）今后的基带信号混频，完结频谱上搬。
与DUC相反，DDC基本上完结了以下几个作业：
1. 频谱下搬：将ADC送来的数字信号有用频谱，从中频搬移到基带
2. 采样率下降：将频谱搬移后的数据从ADC的高速采样率下降到一个适宜的采样速率水平，经过抽取（DecimaTIon）完结。
3. 通道滤波：在将I/Q信号送入基带处理曾经，需求再对其进行滤波
实践上，数字上下变频技能运用十分广泛，其在无线通信、有线电视网络（Cable Modem）、数字电视广播（DVB）、医学成像设备（超声），以及军事范畴傍边，都是不可或缺的功用。
CFR
现在许多无线通信体系，如WCDMA、WiMAX，其间频信号一般由多个独立的基带信号相加而成。组成的中频信号有较大的峰均比（Peak-to-Average RaTIo），并契合高斯分布。而一般功放（PA）的线性区是有限的，较大PAR的中频信号对应的PA的作业规模将被缩小，然后引起PA功率的下降。因而在PA之前减小中频信号的PAR是十分重要的。波峰因子衰减（CFR）正是用来完结这一功用的，它将有利于确保PA输出的线性度，下降带外辐射，进步PA功率。
现在，中频选用的CFR算法有：波峰箝位（Clip），波峰修整（Peak Windowing）和波峰消减（Peak CancellaTIon）。其间波峰修整方法的功用和可完结性都较为适中。波峰消减相关于波峰修整有较好的带外特性，但需消耗更多的FPGA资源。
DPD
在无线通信体系中，往往需求PA的输出具有很高的线性度以满意空中接口规范的严苛要求，而线性功放又十分贵重。为了尽或许进步PA的输出功率和下降本钱，有必要校对PA的非线性特性，而对PA的输入信号进行预失真处理是一个不错的挑选。
DPD完结方法分为查找表（LUT）和多项式（Polynomial）两类。两种算法的优缺点如表1所示。
FPGA完结优势
FPGA完结数字中频
跟着WiMAX/LTE等宽带无线通信技能的逐步老练，对无线设备数字中频带宽的要求也越来越高。一起如MIMO等多天线技能日渐广泛运用，数字中频的通道数也在敏捷添加。
关于如此大的运算带宽需求，许多DSP处理器难以满意实践运用，而专用芯片（ASSP）又缺少相应的灵敏性。选用FPGA完结数字中频，能够很好的和谐处理才能和灵敏性之间的对立。一起Altera公司针对3G/4G等运用开发了很多的数字中频参阅规划和IP，简化了规划者的开发难度，缩短了规划周期。
FPGA器材归于硬件，它的特点是比较合适速度较高、逻辑关系不杂乱的数据通路完结。
经过咱们对前面DDC和DUC功用的剖析，咱们发现完结DDC/DUC的模块和运算主要有CIC/FIR滤波、NCO、插值/抽取、混频。这些基本上归于算法简略、但核算速度较高的处理，十分合适于FPGA的完结。
从另一个视点讲，FPGA比较DSP处理器的优势是并行构架。一个DDC/DUC模块完结今后，只要做简略的仿制，就能够扩展到多路DDC/DUC。一起，一个ADC/DAC器材能够衔接多个通道的DDC/DUC，然后能够轻松支撑多载波（MulTI-carrier）体系。
而有时分FPGA内部的资源有限，多路DDC/DUC乃至能够做时分复用，共用一块DDC/DUC的电路，当然电路作业时钟也需求进步相应的倍数，只要在该FPGA功用答应规模以内就能够了。Altera具有支撑包含WCDM A，TD-SCDMA，和WiMAX的参阅规划。
CFR电路的核算量较大，例如TD-SCDMA，采样率从61.44MHz～92.16MHz，根据FPGA的并行处理能够轻松完结。
多项式DPD分为前向和反向模块，前向模块为预失真器，由多个FIR滤波器组成，十分合适硬件FPGA完结，Altera的IP核能够供给完善的FIR支撑。反向模块为特定的收敛算法，如LMS、RLS，Altera都能够供给相应的参阅规划。其间，关于RLS，Altera的参阅规划选用QR分化方法，缩短了收敛时刻，进步了算法的稳定性。
Altera供给的资源
Altera公司除了在器材规划上考虑了数字中频运用的实践情况外，也在IP核、操控粘合逻辑、接口逻辑、规划东西和流程，以及参阅规划方面做了很多的作业。
在FPGA器材资源上，Altera最新的Cyclone和Stratix系列在内嵌存储器和乘累加模块方面，无论是数量仍是速度都有较大程度的进步。
在DSP的IP核组件方面，Altera能供给包含FIR，NCO，CIC，CORDIC等功用组件。为了便利用户的体系集成，一起还供给了用于这些模块之间互联的一致接口：Avalon Streaming（Avalon-ST）接口。别的，为了多通道的复用宽和复用，Altera还规划了Avalon-ST接口的包格局转化器（Packet Format Converter），用于将输入的单个或多个Avalon-ST通道与输出的单个或多个Avalon-ST通道供给时刻和空间接口，用于多通道的复用与解复用。
在一些需求灵敏性的范畴，比方DPD，Altera的Nios II嵌入式处理器正好能够发挥功用，例如，在DPD的反应途径上，它能够帮忙用户灵敏添加自己的插值例程。Nios II嵌入式处理器还可帮忙体系做一些数据核算、参数重配以及其它管理作业。
在规划验证东西和流程方面，Altera力推MATLAB/Simulink＋DSP Builder＋Quartus II的一体化规划流程。如图3所示。
一起Simulink还能够集成ModelSim和FPGA内嵌逻辑剖析仪SignalTap-II来帮忙用户做功用仿真、调试。别的，硬件在环（Hardware In Loop）功用方面能够帮忙用户在实践硬件上验证规划算法，一起也加快了验证的速度。
参阅规划
WiMAX DUC/DDC
Altera的WiMAX DDC/DUC参阅规划是根据1024点FFT的OFDM规划的，其作业带宽是10MHz。基带信号的采样率是11.424MSps，也便是符号率（Symbol Rate）。中频信号的采样率是91.392MSps。从基带到中频，一共需求8倍的采样率改变。
咱们前面讲过，CIC合适于窄带高倍改换范畴，而这儿只需求8倍改换，一起有用信号带宽是10MHz，因而选用FIR做抽取或插值滤波是更好的挑选。
如图4所示，在功用划分时，咱们考虑完结的资源和功率，将整形滤波和抽取插值滤波分为3个FIR来规划：G（z）担任频谱整形，一般是根升余弦（RRC）滤波器；Q（z）担任2倍抽取或插值滤波；P（z）担任4倍抽取或插值滤波。
为了节约FPGA资源，进步功用，咱们将作业频率最低的G（z）规划成111阶FIR，其过渡带最窄；Q（z）其次，79阶；而P（z）只要39阶，其作业频率最高。三个滤波器的组合呼应如图5所示，彻底满意WiMAX所要求的模板（Mask）。
在详细FPGA完结上，咱们考虑I/Q两路的滤波特性彻底一致，为了节约器材资源，咱们将I/Q两路的三级FIR作复用。请参阅图6。
在DDC上，咱们首先将91.392MSps的中频信号经过过采样（Oversample）变为182.784MSps的接连两个时钟周期的相同信号，别离和NCO混频，经过三级FIR，终究得到两路11.424MSps的I/Q信号。
在DUC上，FIR别离作业在 22.848MSps、45.696MSps和 182.784MSps。最终，将混频的两路IQ信号相加，得到一个带通的实数信号，采样率为91.392MSps。
在多通道的复用/解复用上，咱们运用Altera的Avalon-ST包格局转化模块（PFC）来做模块互联。
WiMAX基站中典型的要求为2个发送天线和4个接纳天线，而该参阅规划也能够支撑2个发送天线和4个接纳天线的方法。
经过对参阅规划的仿真验证，DUC的相对星座差错（Relative Constellation Error）大大好于规定值。比方，在64QAM 3/4码率时，丈量的RCE为-55.29dB。DDC的承受灵敏度和邻道按捺（Adjacent Channel Rejection）目标都远好于所要求的值。
WiMAX CFR
WiMAX体系对CFR提出了更高的要求。因为选用了64QAM调制方法，差错矢量起伏（EVM）要求《3%，对峰均比（PAR）和邻频道走漏比（ACLR）也有更严厉的要求。Altera的WiMAX CFR计划选用美国乔治亚科技学院的束缚钳位算法（Constrained Clipping），其EVM《3%，PAR减少》5dB，并且信号带外扩散极小。参阅图7。
WiMAX DPD
WiMAX的中频带宽超越10MHz，一起需求引进LMS/RLS等自适应算法，对整个DPD模块的DSP处理才能和灵敏度提出了很高的要求。选用Altera的“片内处理器NIOS II＋FPGA硬件协处理单元”方法能够很好的满意规划要求。
如图8所示，前向模块为预失真器，由多个FIR滤波器组成。在反向链路中，咱们搜集一套64个样本在“样本缓存”中，Nios嵌入式处理器能够帮忙核算CORDIC的输入，CORDIC加快器完结QR分化作业。Nios然后进行倒转代换，更新前向链路中FIR滤波器的系数。选用软处理器NIOS+CORDIC加快器的方法来完结QRD_RLS的上三角矩阵运算，具有很好的灵敏性，咱们能够调理CORDIC加快器的数目以进步反向模块的数据吞吐率。
整个DPD参阅规划的资源消耗大致为2万个逻辑单元。
TD-SCDMA
TD-SCDMA网络在国内开端大规模铺设，现在国内厂商基站的数字中频多选用大厂的专用芯片（ASSP）。关于6～8天线的运用，完结DUC/DDC/CFR/DPD等功用，或许会运用到超越10片ASSP。无论是在本钱、功耗和灵敏性上，都十分不抱负。
Altera的TD-SCDMA数字中频计划能够在2片～3片FPGA上完结上述功用，然后在下降体系本钱、功耗，进步集成度，以及可晋级性上都有较大优势。
值得一提的是，现在Altera针对TD-SCDMA的CFR计划选用波峰修整算法，所需的FPGA资源较小（约3000逻辑单元＋7乘法器＋7块存储器），一起功用能够很好的满意3G的需求。
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