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摘要：在如今的信号变频体制中，由于现有科学技术的制约作用，射频信号首先通过数次的模拟下变频转换成中频上，然后再用中频上对信号进行数字化，最后才可以进行数字下变频。数字下变频技术在无线通讯网络中占有非常核心的位置，但随着目前无线数字网络的迅速发展，也对无线设备宽带提出了很高的要求。因此，本文将对数字下变频技术在无线通信网络优化中的应用进行简要阐述。
关键词：无线通信；网络优化；数字下变频
软件无线电技术的关键之一就是数字变频技术。随着信息技术的改革更新，软件无线电技术的提高也取得了很大的进步，在此过程中，发展形成了两种软件无线电结构模式，主要包括有：射频直接带通采样软件无线电结构模式、中频带通软件无线电结构模式。在受A/D和D/A科技水平约束的基础上，只实现了中频带通无线电结构，无线通信网络优化中数字下变频技术的运用有待进一步开发。
一、数字下变频技术的概论
（一）分析带通采样信号理论。数字下变频和A/D采样功能这两个部分组成了数字下变频技术，进行A/D采样时，在一般的情况下，都是采用Nyquist采样技术来完成的。可以得出，在Nyquist采样理论中，把fs设为采样频率，其中x（t）设定为频率带限信号，在（0，fH）的范围里设置一个频带。Nyquist采样理论在解决问题时，只针对分布在（0，fH）范围里的采样信号，如果信号的频带超出这个范围时，还同样采用Nyquist理论来采样，就会使得出的采样频率过高或者是偏低[1]。比如在完成间隔采样时，fs的速度高于2.1 Fh，会有TS=1/FS，x（nt）=x（nTs）的采样信号，这个时候，原信号x（t）将由x（nt）完全决定。在目前的通信系统中，很难采用或者说是几乎无法实现高的采样频率，因此在进行采样时，大多都会运用低频率而完成。
（二）浅析数字混频正交变换的方法。数字混频正交变换方法就是对模拟信号x（t）通过A/D采样后形成的数字化序列x（n），再乘以2个正交本振序列，然后再用数字低通滤波来实现变换。实现数字变频的最重要的方法就是数字混频正交变换法。数字混频正交变换法算法简洁明了，能够完全利用FIR滤波器的对称性，因此，这个方法得到了广泛的推广和应用。
二、在无线通信网络优化中发展数字化变频技术
（一）在数字下变频专用芯片的基础上来发展。目前，美国Intersil公司生产的HSPSO214B芯片在市面上被广泛地运用，这种芯片得到了国内外很多软件工程师的认可，它在使用过程中表现出了非常多的优点，主要有功能耗损小、方便使用、价格优惠、体积不大等。这种数字下变频专用芯片的NCO的分辨率最高可达0.024Hz，输入采样的速率最高可超过81MHz，变频处理器在进行数据输出输入时的宽度为15.6bits，有1-2049倍可编程的抽取因子，在这个基础上，可以运用分数倍率转化进行低倍数的速率转变，一般的转变倍数是1-4倍[3]。
（二）在通用DSP微处理器的基础上来发展。美国德州仪器公司生产的通用DSP处理器，在目前的市面上被广泛使用。在运用的过程中，这种通用DSP处理器不仅能够快速有效地执行乘法和加法的指令，还能够完成流水作业，可是在通用DSP微处理器适应过程中，它也受自身条件的约束，导致它无法高效地完成对并行指令的操作，有时候，在快速处理变频数据时，会有通用DSP数据解决能力不符合规范标准的现象出现。
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在实现数字化变频技术的过程中，都要求要快速准确地对数据进行输入，而通用DSP微处理器因为自身的局限性，无法完成作为DDC的重点数据来进行部件的处理。换句话说，在通用DSP微处理器的基础上，要实现数字化变频是有一定难度的，因此要加强对通用DSP微处理器的技术更新和改造[4]。
（三）在FPGA基础上发展数字化变频技术。由以上两段的论述可以得出结论，要达到采样过程的高速度和高效率，运用以上两种方法都有一定的难度，因为它们都有各自不可避免的缺陷。在目前新型的FPGA出现后，这种状况有了很大程度上的改观，它可以把其他的DSP运算还有若干加乘运算同时处理，采用并行同时处理的方法，使得采样的速率实现高效化，这样对性能要求高的无线电模块可以在FPGA基础上得以计算出来。
对无线电模块的设计还可以通过利用可编程逻辑器件来实现，这种方法可以在根本上提高系统的性价比和可信力，使系统芯片的使用数量最大化地减少，系统芯片的体积最大化地缩小。因此，在FPGA基础上实现数字化的变频是可行的，它在提升产品竞争力和系统稳定性方面的作用也是显而易见的，要把FPGA方法进一步运用在数字下变频中。
三、数字下变频的实现方法
（一）选取现实的方案。现在一般都用硬件的方式实现数字下变频的研发，因为采用软件的实现方式能够使开发难度增大，需要编写CIC、FIR等算法。目前，经常用到的数字下变频芯片主要有ADI公司的AD6655，AD6654系列芯片，在这两种芯片中，AD6654可以很好地完成数字下变频功能的实现，使无线通信网络得到进一步的优化，而AD6655在实现数字化变频中，还要通过FPGA和DSP对其最终输出端做更深层次的处理，它的实现不是完整的数字变频功能。
AD6654可以形成7路NCO频率，这就能够对各种不同信号的数字下变频功能提供条件，例如WCDMA、CDMA2000、UMTS、GSM等多个数字变频的信号的实现，所以，在实现数字下变频方案时要采用AD6654变频芯片。
（二）对结果的仿真。依据DUC/DDC的理论基础，基带数据库的整倍数才可以成为fs，以便能够更加详细地确定采样时钟fs与中频fi的关系，以实例来进行说明。根据DUC/DDC的原理来看，fs需要的是基带数据率的整数倍数，GSM形成频谱混叠的情况不高，因为其无线网络的载波宽带不高，假使会有频谱混叠的情况出现，这种现象也是不明显的。另一方面，WCDMA形成频谱混叠的现象相对于前者就会明显一些，因为它的载波宽带相当宽，形成频谱混叠的现象会更频繁，因此，我们选择ACDEMA无线网络为例来对其进研究[5]。采样的过程中，在中频fi和时钟fs都满足带通采样的原理的时候，即当fs等于2（2Xfi）/（2n+1）>=2B时，比较合乎想象的频谱波形就会形成，通过这个现象发现，唯有在fs等于2（2Xfi）/（2n+1）的情况下，也就是时钟Fs和中频fi在同一时间都满足带通采样的规定原理时，才能够产生最适合的底噪谱波。
结束语
在上文的论述中，可以看出对数字下变频芯片AD6654所进行的仿真试验测试是在WCDMA无线通信网络的基础上，由此可以得出结论，3G通信领域里面完成数字化通信的设想是可以实现的，只要利用软件无线电的方法就可以。在目前数据通信科学技术不断改进和完善的情况下，在以数字下变频技术为重要发展方向的指引下，无线电技术的技术发展将会扩向更广更深的领域。
参考文献：
[1]陈杰.数字下变频技术在无线通信网络优化中的应用[J].制造业自动化，2010，32（3）
[2]闫明.基于FPGA的数字下变频设计[D].河北科技大学，2012，（8）
[3]向腊.无线通信网络优化中数字下变频技术的具体应用研究[J].科技资讯，2011，（8）
[4]刘坤.基于中频采样的宽带无线通信研究与设计[D].东南大学，2010，（8）
[5]刘任斌.基于FPGA的数字中频卡的设计与实现[D].湖南大学，2013，（8）
论文作者:王定平
论文发表刊物:《基层建设》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/9/30
标签：数字论文; 技术论文; 无线电论文; 信号论文; 中频论文; 芯片论文; 基础上论文; 《基层建设》2015年4期供稿论文;