数字下变频器在软件无线电接收机中的应用

李建设



数字下变频器在软件无线电接收机中的应用

李建设

河南省开封市祥符区质量技术监督局，河南 开封 475100

当前经济水平不断发展，科技水平也得到了飞速的提高，相应的软件无线电接收机技术也在不断进步。当前这项技术的最新应用是与数下变频器的结合，主要在研究数字下变频技术的基本构造和理论的基础上，分析了数字下变频器在当前发展水平下的整体性能以及其在软件无线电接收机中进行应用的可行性，争取能够发现及改进当前存在的一些问题，争取促进我国数字下变频器在软件无线电接收机中的应用水平的提高。

数字下变频器；软件水平；无线电接收机

引言

在软件无线电的接收机这项工艺中，数字下变频器是当前完成这项工艺的最主要技术。所谓的数字下变频技术，就是指能够通过工具，将数据流从宽带的大数据流转化为一种窄带的低数据流，这样就会方便我们对其进行及时处理。对于当前被普遍使用的无线电技术，数字下变频器可以很好地完成对于中间频率波段信号的处理任务，所以我们对于软件无线电接收机中的功能、结构以及主要的工作原理都应有最基本的了解。

1 软件无线电技术的诞生与发展

软件无线电技术，作为一项较为新型的技术，最初这项概念被提出是在1992年的美国电信系统会议上。这项技术的核心思想是构建出一个开放的、标准的和模块化的被各界普遍使用的通用硬件工作平台，然后通过一个软件来实现构想的这些功能，而且能够使宽带数模变换器和模数变换器最大限度靠近软件的中心信号接收系统，也就是天线。在软件的构建中，我们通过在软件中构建出许多不同类型的功能模块，让他们承载着不同的功能，然后随着技术的进步和科技的发展，软件无线电的软件与硬件这两个方面都可以进行功能上的升级，并不会随着时代的发展而被淘汰，所以软件无线电具有极强的灵活性、可持续发展性以及开放性。

在软件无线电的搭建过程中，我们会要求数模变换器尽可能地靠近天线，所以为了能够满足这个要求，就需要我们最大限度提升数模变换器的性能，当然也对数模变换器的信号处理器的工作能力有极高的要求。在当前单片的数字信号处理芯片的前提下，如果想要满足数模系统达到4 GHz速率的要求是非常困难的，所以当前的软件无线电中只能够采用中等频率的无线电，这就大大降低了发出的信号的质量。数字下变频器则可以将本来的高频率的信号模拟系统转换成中等频率的，经过波段过滤以后再将这些中等频率的波段进行数字化。数字化的信号再进入数字下变频器进行频率的混合、滤波和波速降低的多重处理，然后输出到中央处理器进行下一步的处理。这样做可以大大降低数字模拟器对处理速率的要求，同时降低实现的条件以及最终需要的成本，所以数字下变频器在软件无线电接收机中有很大的作用。

数字下变频器的位置是在数模变换器之后出现的，一般我们默认经过数模变换器数字化处理以后，将速度较快的数字信号输入到中央处理器中进行处理，这就要求数字下变频器在很快的速度之下进行运算，而且需要有极好的计算能力。但是相较于其他的处理器，数字下处理器的结构比较固定，所以影响数字下处理器的变频性能的因素主要还是计算能力的大小和最大工作时钟这两点。

2 数字下变频器的结构与组成

软件无线电是这几年微电子和计算机技术发展起来以后才开始快速发展的。理想状态下，软件无线电系统在运用时着重强调体系结构的开放性和可编程性这两个特性。对于灵活性不足的硬件电路，采取的是尽量避免的措施，然后将数字化处理系统尽量设置在靠近中央天线的位置，通过更新软件改变硬件的配置结构。但是这种理想状态并不是很好实现，在现实条件下，就需要经过一定的处理将窄带的信号转变为宽带的。这种技术还需要依靠数字下变频设备来实现。

数字下变频器可以实现的功能分别是改变频率、实现滤波以及降低数据的采样率等。我们已经知道，对于软件无线电接收机而言，在使用过程中应最大限度靠近天线，然后在这个基础上对信号进行数字化处理。完成这个任务最关键的一环就是对信号进行采样。以下简单介绍信号采样的几种方式。

2.1 Nyquist采样

Nyquist采样定理：通过设置频带（0，fH），知道其带限信号可以表示为x（t），这个过程中，通过≥fs=2fH的速率完成间隔采样，能够得到时间离散信号结果，这个过程中原信号则能够被直接确定下来。

我们可以对这个定理进行简单地解释，就是说每一个信号都有着不同的频率，而频率又处在不断的波动之中，所以一定会有最高频率和最低频率。如果频率能够确保在最高频的2倍以上，这样的采样值也是完全可以使用的，因为这样的数值比较准确，而且最重要的是可以很有效地确定原始信号的位置。其实，根据理论知识来看，在理想条件下，在我们进行信号的转换时，如果我们使用可以防止混合叠加的滤波器，那么是可以对自己能够用到的频率实现完全通过的，因为如果发现超过了最高频的信号，就要对它实现无限衰减，这样的做法可以保证不同频率的波段发生混合叠加的情况。但是实际上并不是这样，因为实际的滤波器根本达不到完全将不合适的波长完全消除的功能，所以对于这项特征是不能够完全实现的。

2.2 带通采样

Nyquist采样定理在通常情况下只能够对于按照频谱分布的信号进行采样的问题进行解释，但是如果我们将这个定理进行扩展，就可以按照fs≥2fH的这样一种实际采样率来进行进一步的采样。

为了能够解决这个问题，其实我们还有一种同样可行的采样方式，即按照带通采样。我们可以将带频和带限的信号进行固定，然后根据这两个数值对采样率进行计算。

2.3 欠采样

我们一般对在最高频率2倍以上的信号采用Nyquist采样，而如果在2倍以下则采用欠采样。我们在进行欠采样的时候，通常都可以减少频率进行采样时会实际发生的可能性，大大降低相关部件以及需要的抽取率等要求，而且欠采样对于频率的选择也是有针对性的，所以也有效避免了对于外来的其他波段频率的干扰作用。在发挥作用方面，原理上会比较类似于变频器，而且基本上满足条件的信号都能够完成欠采样。

3 结语

综上所述，我们可以大致总结一下文章的思路。我们当前获得的研究成果主要表现在以下几个方面，首先是对当前软件无线电接收机中数字下变频器的结构、应用原理、主要功能以及当前研究的现状进行了分析。对于涉及的运算问题，我们的科研工作者已经在研究和分析，也掌握了涉及的关键技术。我们当前最希望做到的就是能够对这个技术进行进一步地革新，最终完成在这个领域的长足发展。

[1]史磊. 软件无线电接收机中数字下变频器设计与实现[D]. 成都：电子科技大学，2016.

[2]孙丹丹，杨莘元，赵大勇. 数字下变频器在软件无线电接收机中的应用[J]. 信息技术，2015（7）：2-4.

[3]李武翰. 软件无线电接收机中可编程数字下变频器的研究与设计[D]. 大连：大连理工大学，2014.

Application of Digital Down Converter in Software Radio Receiver

Li Jianshe

Henan Kaifeng Xiangfu Quality and Technical Supervision Bureau, Henan Kaifeng 475100

The current economic level continues to develop, and the level of science and technology has also been rapidly increased. The corresponding software radio receiver technology is also continuously improving. The latest application of this technology is a combination of digital frequency converter. It is mainly based on the study of the basic structure and theory of digital frequency conversion technology, and analyzes the overall performance of the current digital down converter at the current level of development and its feasibility of application in software radio receiver so as to find and improve some existing problems, and strive to promote the application of digital down converter in software radio receiver in China.

digital down converter; software level; radio receiver

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