Digitālās pazemināšanas pārveidošanas pamati DSP

The Great Gildersleeve: Jolly Boys Election / Marjorie's Shower / Gildy's Blade (Jūlijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Digitālās pazemināšanas pārveidošanas pamati DSP


Šajā rakstā ir aplūkots digitālais lejupvērsts pārveidojums, kas ir ciparu signālu apstrādes paņēmiens, ko plaši izmanto digitālajos radio uztvērējos.

Digitālā signāla apstrādes tehnoloģija, kas tiek plaši izmantota ciparu radio uztvērējiem, ir digitālā lejupvērstā pārveidošana. Šajā rakstā tiks apskatīti digitālā lejupvērstā pārveidotāja (DDC) pamati. Mēs vispirms apskatīsim priekšrocības, ko var izmantot DDC, nevis tā analogo kolēģi. Tad mēs apspriedīsim piemēru un izpētīsim DDC pamatdarbību.

Lai izprastu DDC izmantošanas priekšrocības, vispirms pārskatiet tradicionālo divu lejupvērstu reklāmguvumu uztvērēju un pārbaudiet tā trūkumus. Dual-down-conversion uztvērējs ir parādīts 1. attēlā. Kā redzat, pirms analogā-ciparu pārveidotāju (ADC) digitalizācijas pārveido signālu, ir vairāki analogie bloki.

1. attēls. Noklikšķiniet, lai palielinātu.

Šajā nodaļā ir apskatīts katra iepriekšējā uztvērējā izmantoto bloku pamatfunkcionalitāte. Ja esat iepazinies ar RF inženierijas pamatiem, varat iziet nākamo sadaļu, lai atsvaidzinātu savas zināšanas; citādi jūs varētu vēlēties sākt, lasot dažas lapas no AAC RF mācību grāmatas.

Pamata divējāda lejupvērsta pārveidotāja uztvērējs

1. attēlā esošajā uztvērējā pirmais joslu filtrs, BPF1, veic attēla noraidīšanu pirmajam maisītājam, kas attēlots attēlā ar nosaukumu "RF Mixer". Tas arī daļēji novērš traucētājus, kurus uztver antena. Tas atslābina zemas trokšņa pastiprinātāja (LNA) linearitātes prasības.

Lāzera filtra izvadi pastiprina LNA. Šī amplifikācija padara troksni, ko sekojoši posmi būs salīdzinoši mazi salīdzinājumā ar vēlamo signālu. Šādā veidā uztvērējs kļūst mazāk jutīgs pret posmu troksni pēc LNA.

Tad pastiprinātais signāls pie mezgla B tiek pārveidots uz RF frekvences miksera pārejas frekvenci, $ $ f_ (IF) $ $.

Tagad, kad vēlamais signāls ir pārveidots uz zemāku frekvenci, mēs varam vieglāk izveidot salīdzinoši augstas Q filtru, BPF2 un daļēji izpildīt kanāla izvēli. Ņemiet vērā, ka, pateicoties uztvērēja divkāršās uz leju konvertēšanas struktūrai, pirmā maisītāja, $ $ f_ (IF) $ $ starpfrekvence var būt salīdzinoši augsta. Tas atvieglo BPF1 prasības.

Nākamais signāls iet caur kvadratu maisītāju, ko vada oscilators 2 (sk. 1. attēlu). Oscilatora 2 frekvence ir vienāda ar $ $ f_ (IF) $ $, tāpēc vajadzīgās joslas centrālo frekvenci pārtulko uz DC. Tas nozīmē, ka IF mixeriem mums nebūs vajadzīgs attēla noraidīšanas filtrs.

Nākamais mēs veicam kanālu izvēli, izmantojot zemfrekvenču zemfrekvenču filtrus (LPF), un, visbeidzot, ADC digitalizēs vēlamo signālu, un rezultāts tiks tālāk apstrādāts ar digitālā signāla procesora (DSP) palīdzību. DSP dzinējs veiks tādas darbības kā izlīdzināšana, demodulācija un kanālu dekodēšana.

Problēmas ar tradicionālo radio uztvērēju un risinājumu

Mēs varam ņemt vērā trīs galvenos ierobežojošus divējāda lejupvērstu reklāmguvumu uztvērēju, kas parādīti 1. attēlā:

  1. Diviem pamatvirsmas ceļiem jābūt ļoti saskaņotiem. IF sajaucējs, LPF un ADC zilajā ceļā ir jāsaskaņo ar attiecīgajiem komponentiem zaļā ceļā.
  2. Analogie filtri ievieš fāzes traucējumus.
  3. ADC injicē DC terminu, ko nevar viegli noņemt no vēlamās informācijas. Ievērojiet, ka IF mikseri, kas parādīti 1. attēlā, tulko vēlamā kanāla centrālo frekvenci uz DC, kur ADC var injicēt kļūdas termiņu. Šo ADC nobīdi var radīt ar tā bloku, piemēram, pastiprinātāju un salīdzinājumu, kompensāciju. Kompensācijas termiņš noved pie digitālā koda, kas nav nulles, pat tad, ja ADC tiek piemērots nulles signāls. Tas var būt ļoti svarīgi sistēmās, kurās informācija tiek pārraidīta ļoti zemās frekvencēs.

Mēs varētu novērst šīs nepilnības uztvērēja DSP daļā; tomēr labākam risinājumam A / D pārveidotājs būtu jāuzstāda pirms kvadratu maisītājiem uztvērēja ķēdē. Tas ir parādīts 2. attēlā.

Attēls 2. Palielināt.

Kā redzat, tagad A / D konversija notiek IF, nevis pamatbandē. Tas nozīmē, ka ADC darbosies ar lielāku izlases līmeni. Kā parādīts attēlā, pēc ADC bloki visi darbojas digitālajā domēnā. Piemēram, ocilatora 2 izejas 2. attēlā faktiski ir digitālās vērtības, kas atbilst sine un kosinusa signāliem. Lai ieviestu oscilatoru 2, mēs parasti izmantojam tiešo digitālo sintezatoru (DDS). Otrā lejupvērstā pārveidošana tiek veikta, izmantojot divus ciparu reizinātājus, un LPF ir digitālie filtri.

Kā minēts iepriekš, ar 2. zīmējuma struktūru ADC darbosies ar lielāku izlases ātrumu. To var uzskatīt par neizdevīgu, taču DDC pieejai ir arī ievērojamas priekšrocības:

  1. Tagad IF mikseri un LPF ir digitālās shēmas. Tādējādi ir novērsti nelīdzsvarotības traucējumi, kas rodas no neatbilstības starp analogajiem komponentiem.
  2. Atšķirībā no analogā domēna, mēs varam viegli izstrādāt lineārās fāzes digitālos filtrus.
  3. DC signālu, ko injicē ADC, var viegli noņemt, izmantojot digitālo filtru, pirms signāls iet caur IF maisītājiem (piemēru, skat. 12. nodaļu Digital Front-End bezvadu sakariem un apraidei).

Ņemiet vērā, ka, lai gan 2. attēlā ir kvadratu maisītāji un LPF ārpus saņēmēja DSP dzinēja, mēs noteikti varētu ieviest šos blokus sistēmas DSP platformā. Arī pēc pamatfrekvences LPF mēs varam ievērojami samazināt izlases ātrumu, nezaudējot vēlamo informāciju (plašāku informāciju skatiet manā rakstā par daudzfrekvenču DSP un tā pielietojumu A / D konversijā). Tādējādi, mēs varam pārveidot shēmu iekšpusē punktiplāksnītes 2. attēlā, kā parādīts 3. attēlā. Šo bloku sauc par digitālo lejupvērstu pārveidotāju vai DDC.

3. attēls

Digitālā lejupvērstā pārveidošana

Pieņemsim, ka pēc analogā-ciparu pārveidošanas vēlamā signāla spektrs ir parādīts 4. attēlā.

4. attēls

Vēlamais signāls ir centrā 110 MHz, un tā joslas platums ir 4 MHz (diagramma parāda gan pozitīvo, gan negatīvo frekvenci). Tāpat mēs pieņemam, ka ADC ražo paraugus ar ātrumu 440 MSPS (mega paraugi sekundē). Kā DDC apstrādās šo ievadi "" src = "// www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/Digital_Down_Conversion_5.jpg" />

5. attēls

Kā jūs varat redzēt, $ $ \ pm 110 $ $ MHz frekvences pārslēgšanās ir pārveidojusi zilo spektru 4. attēlā gan 220 MHz, gan DC. Līdzīgi zaļais spektrs tiek pārvietots gan uz DC, gan uz -220 MHz. Mēs varam izmantot vienu parauglaukumu punktiem A un B, jo šiem diviem mezgliem ir vienādas amplitūdas īpašības, un 5. attēlā ir attēloti tikai amplitūdas spektri. Mezgla A fāzes spektrs atšķiras no mezgla B fāzes spektra.

5. attēlā ņemiet vērā, ka signāla sānu joslas pārklājas ap DC pēc konversijas. Ņemot vērā šo pārklāšanos, vai mēs varam atgūt vēlamo informāciju, izmantojot tikai daļu no spektra, kas ir vērsta uz DC? Jā, mēs varam; mēs izmantojam kvadratu sajaukšanu, kas ģenerē divus identiskus amplitūdas spektrus, bet arī divus identiskus fāzes spektrus, un pārklājošā reģiona fāzes spektri ļauj mums atgūt sākotnējo informāciju. Tā kā šī pārklāšanās nav problēma, frekvences komponenti, kas pārsniedz 2 MHz, nesniedz nepieciešamo informāciju, un tāpēc mēs varam likt LPF pēc tam, kad digitālais mikseris saglabātu tikai frekvences komponentus zem 2 MHz. Šī zemas caurlaides filtru, kas attēlots kā vienpakāpes filtru 3. attēlā, parasti tiek ieviesta kā divpakāpju filtrs, kā parādīts 6. attēlā.

6. attēls

Pirmais posms, LPF1, var būt paredzēts, lai novērstu augstas frekvences komponentus, kuru centrā ir 220 MHz. Lai to panāktu, mums ir nepieciešams LPF ar frekvenču joslu, kas paplašinās līdz aptuveni 2 MHz, un stopband, kas sākas aptuveni 218 MHz. Šo filtrēšanas darbību dažkārt dēvē par DDS izveidotā attēla signāla filtrēšanu.

Otrajā posmā, LPF2, tiek likvidētas nevēlamas frekvences komponenti no 2 MHz līdz 218 MHz. Pēc LPF2 signālam nav frekvences komponentu, kas pārsniedz paredzēto informācijas joslas platumu (ti, 2 MHz), bet mēs joprojām izmantojam 440 MSPS, lai pārstāvētu šo signālu. Tādējādi mēs varam izmantot izlaides koncepciju, lai samazinātu izlases likmi.

Efektīvāka īstenošana būtu pārtraukt LPF2 pakāpju kaskādi un veikt daļu no kopējā samazinājuma parauga pēc katra posma. Atkal, lai iegūtu sīkāku informāciju par FPGA DDC ieviešanu, lūdzu, izlasiet iepriekš minētās grāmatas 12. nodaļu.

Secinājums

Šajā rakstā mēs pārbaudījām DDC izmantošanas priekšrocības. Mēs redzējām, ka DDC var uzlabot pamata dubultās lejupvērstās pārnešanas uztvērēja darbību: tas var novērst nelīdzsvarotības radītos traucējumus, ko rada analogais IF maisītājs, un novērš posma traucējumus no analogajiem filtriem. Pēc DDC izlases likme ir ievērojami samazināta, un mēs varam efektīvāk īstenot DSP kārtību, kas turpina apstrādāt datus.

Lai apskatītu pilnu manu rakstu sarakstu, lūdzu, apmeklējiet šo lapu.