短波信道模擬器中數字下變頻的設計

　　所謂半帶濾波器，就是其頻率響應滿足以下關系的FIR 濾波器:

　　HB 濾波器由于其系數幾乎一半為0，濾波時運算量減少一半，因此被作為第2 級低通濾波和抽取。

　　HB 的抽取因子固定為2，特別適合采樣率降低一半的要求。通過CIC 和HB 濾波抽取后，基帶信號由最初的高數據率被降到較低的速率，適于后級FIR處理。

　　2. 4 FIR低通濾波器設計

　　數字下變頻器的最后一個模塊是低通FIR 濾波器，主要用來對信號進行整形濾波不作抽取功能。

　　信號經過CIC、HB 濾波器后，輸入到FIR 濾波器的采樣速率相對來說已經很低，因此在一定的處理時鐘速率下，能夠有較高階的FIR 濾波，使得濾波器的通帶波動、過渡帶帶寬、阻帶最小衰減等指標能夠設計的很好。

　　調用MATLAB 的Filter design 獲得濾波器的系數。在MATLAB 中設計一個通帶截止頻率為2 MHz的FIR，并將濾波器系數導入到FPGA 的FIR 中; FIR的階數( 系數長度) 越高，性能越好，但考慮資源占用情況，FIR 的階數不宜過高，該設計采用37 階FIR。

　　3 基于FPGA 的DDC 系統仿真結果

　　根據以上的設計分析結果，編寫了FPGA 程序,在Quartus II 平臺上進行了仿真測試。輸入采樣速率為64 MHz 的短波調制信號，針對Cyclone III 系列的EP3C40Q240C8 器件對其進行綜合與時序仿真,如表1 所示。

表1 DDC 實現的時序仿真圖

　　輸入信號經過混頻器后，再經過CIC 濾波器的16 倍抽取，半帶濾波器的2 倍抽取和FIR 濾波器的整形濾波，最終輸出I，Q 兩路正交的信號。如表1所示，Data In 為輸入信號，DDC Data I 為輸出同相分量,DDC Data Q 為輸出正交分量。64MHz 的采樣信號經過NCO 混頻后，CIC 濾波器的16 倍和HB 濾波器的2 倍抽取后，變為2 MHz 的信號，并經過FIR 濾波器整形輸出。從表1 中可以看出設計的DDC 對于高速采樣的信號具有降速和下變頻的作用，處理帶寬大大減小，因此對后續器件處理速度的要求降低。

　　仿真中還有一定量的毛刺，這是由于信號的延時控制不精準造成的。延時的大小不僅和連線的長短和邏輯單元的數目有關，而且也和器件的制造工藝和工作環境等有關，毛刺的消除是有待解決的問題。

　　4 結束語

　　在分析了寬帶短波信道模擬器工作機理和數字下變頻原理的基礎上，結合Matlab 算法仿