試析無線通信網絡優化中數字下變頻技術的運用

摘要：在如今的信號變頻體制中，由于現有科學技術的制約作用，射頻信號首先通過數次的模擬下變頻轉換成中頻上，然后再用中頻上對信號進行數字化，最后才可以進行數字下變頻。數字下變頻技術在無線通訊網絡中占有非常核心的位置，但隨著目前無線數字網絡的迅速發展，也對無線設備寬帶提出了很高的要求。因此，本文將對數字下變頻技術在無線通信網絡優化中的應用進行簡要闡述。

關鍵詞：無線通信;網絡優化;數字下變頻

軟件無線電技術的關鍵之一就是數字變頻技術。隨著信息技術的改革更新，軟件無線電技術的提高也取得了很大的進步，在此過程中，發展形成了兩種軟件無線電結構模式，主要包括有：射頻直接帶通采樣軟件無線電結構模式、中頻帶通軟件無線電結構模式。在受A/D和D/A科技水平約束的基礎上，只實現了中頻帶通無線電結構，無線通信網絡優化中數字下變頻技術的運用有待進一步開發。

一、數字下變頻技術的概論

（一）分析帶通采樣信號理論。數字下變頻和A/D采樣功能這兩個部分組成了數字下變頻技術，進行A/D采樣時，在一般的情況下，都是采用Nyquist采樣技術來完成的。可以得出，在Nyquist采樣理論中，把fs設為采樣頻率，其中x（t）設定為頻率帶限信號，在（0，fH）的范圍里設置一個頻帶。Nyquist采樣理論在解決問題時，只針對分布在（0，fH）范圍里的采樣信號，如果信號的頻帶超出這個范圍時，還同樣采用Nyquist理論來采樣，就會使得出的采樣頻率過高或者是偏低[1]。比如在完成間隔采樣時，fs的速度高于2.1"Fh，會有TS=1/FS，x（nt）=x（nTs）的采樣信號，這個時候，原信號x（t）將由x（nt）完全決定。在目前的通信系統中，很難采用或者說是幾乎無法實現高的采樣頻率，因此在進行采樣時，大多都會運用低頻率而完成。

（二）淺析數字混頻正交變換的方法。數字混頻正交變換方法就是對模擬信號x（t）通過A/D采樣后形成的數字化序列x（n），再乘以2個正交本振序列，然后再用數字低通濾波來實現變換。實現數字變頻的最重要的方法就是數字混頻正交變換法。數字混頻正交變換法算法簡潔明了，能夠完全利用FIR濾波器的對稱性，因此，這個方法得到了廣泛的推廣和應用。

二、在無線通信網絡優化中發展數字化變頻技術

（一）在數字下變頻專用芯片的基礎上來發展。目前，美國Intersil公司生產的HSPSO214B芯片在市面上被廣泛地運用，這種芯片得到了國內外很多軟件工程師的認可，它在使用過程中表現出了非常多的優點，主要有功能耗損小、方便使用、價格優惠、體積不大等。這種數字下變頻專用芯片的NCO的分辨率最高可達0.024Hz，輸入采樣的速率最高可超過81MHz，變頻處理器在進行數據輸出輸入時的寬度為15.6bits，有1-2049倍可編程的抽取因子，在這個基礎上，可以運用分數倍率轉化進行低倍數的速率轉變，一般的轉變倍數是1-4倍[3]。

（二）在通用DSP微處理器的基礎上來發展。美國德州儀器公司生產的通用DSP處理器，在目前的市面上被廣泛使用。在運用的過程中，這種通用DSP處理器不僅能夠快速有效地執行乘法和加法的指令，還能夠完成流水作業，可是在通用DSP微處理器適應過程中，它也受自身條件的約束，導致它無法高效地完成對并行指令的操作，有時候，在快速處理變頻數據時，會有通用DSP數據解決能力不符合規范標準的現象出現。

在實現數字化變頻技術的過程中，都要求要快速準確地對數據進行輸入，而通用DSP微處理器因為自身的局限性，無法完成作為DDC的重點數據來進行部件的處理。換句話說，在通用DSP微處理器的基礎上，要實現數字化變頻是有一定難度的，因此要加強對通用DSP微處理器的技術更新和改造[4]。

（三）在FPGA基礎上發展數字化變頻技術。由以上兩段的論述可以得出結論，要達到采樣過程的高速度和高效率，運用以上兩種方法都有一定的難度，因為它們都有各自不可避免的缺陷。在目前新型的FPGA出現后，這種狀況有了很大程度上的改觀，它可以把其他的DSP運算還有若干加乘運算同時處理，采用并行同時處理的方法，使得采樣的速率實現高效化，這樣對性能要求高的無線電模塊可以在FPGA基礎上得以計算出來。

對無線電模塊的設計還可以通過利用可編程邏輯器件來實現，這種方法可以在根本上提高系統的性價比和可信力，使系統芯片的使用數量最大化地減少，系統芯片的體積最大化地縮小。因此，在FPGA基礎上實現數字化的變頻是可行的，它在提升產品競爭力和系統穩定性方面的作用也是顯而易見的，要把FPGA方法進一步運用在數字下變頻中。

三、數字下變頻的實現方法

（一）選取現實的方案。現在一般都用硬件的方式實現數字下變頻的研發，因為采用軟件的實現方式能夠使開發難度增大，需要編寫CIC、FIR等算法。目前，經常用到的數字下變頻芯片主要有ADI公司的AD6655，AD6654系列芯片，在這兩種芯片中，AD6654可以很好地完成數字下變頻功能的實現，使無線通信網絡得到進一步的優化，而AD6655在實現數字化變頻中，還要通過FPGA和DSP對其最終輸出端做更深層次的處理，它的實現不是完整的數字變頻功能。

AD6654可以形成7路NCO頻率，這就能夠對各種不同信號的數字下變頻功能提供條件，例如WCDMA、CDMA2000、UMTS、GSM等多個數字變頻的信號的實現，所以，在實現數字下變頻方案時要采用AD6654變頻芯片。

（二）對結果的仿真。依據DUC/DDC的理論基礎，基帶數據庫的整倍數才可以成為fs，以便能夠更加詳細地確定采樣時鐘fs與中頻fi的關系，以實例來進行說明。根據DUC/DDC的原理來看，fs需要的是基帶數據率的整數倍數，GSM形成頻譜混疊的情況不高，因為其無線網絡的載波寬帶不高，假使會有頻譜混疊的情況出現，這種現象也是不明顯的。另一方面，WCDMA形成頻譜混疊的現象相對于前者就會明顯一些，因為它的載波寬帶相當寬，形成頻譜混疊的現象會更頻繁，因此，我們選擇ACDEMA無線網絡為例來對其進研究[5]。采樣的過程中，在中頻fi和時鐘fs都滿足帶通采樣的原理的時候，即當fs等于2（2Xfi）/（2n+1）gt;=2B時，比較合乎想象的頻譜波形就會形成，通過這個現象發現，唯有在fs等于2（2Xfi）/（2n+1）的情況下，也就是時鐘Fs和中頻fi在同一時間都滿足帶通采樣的規定原理時，才能夠產生最適合的底噪譜波。

結束語

在上文的論述中，可以看出對數字下變頻芯片AD6654所進行的仿真試驗測試是在WCDMA無線通信網絡的基礎上，由此可以得出結論，3G通信領域里面完成數字化通信的設想是可以實現的，只要利用軟件無線電的方法就可以。在目前數據通信科學技術不斷改進和完善的情況下，在以數字下變頻技術為重要發展方向的指引下，無線電技術的技術發展將會擴向更廣更深的領域。

參考文獻：

[1]陳杰.數字下變頻技術在無線通信網絡優化中的應用[J].制造業自動化，2010，32（3）

[2]閆明.基于FPGA的數字下變頻設計[D].河北科技大學，2012，（8）

[3]向臘.無線通信網絡優化中數字下變頻技術的具體應用研究[J].科技資訊，2011，（8）

[4]劉坤.基于中頻采樣的寬帶無線通信研究與設計[D].東南大學，2010，（8）

[5]劉任斌.基于FPGA的數字中頻卡的設計與實現[D].湖南大學，2013，（8）