基于DSP的低功耗接收機(jī)單邊帶解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

1 數(shù)字前端
　
該低功耗數(shù)字接收機(jī)主要是針對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的，要處理的信號(hào)都是窄帶的。對(duì)數(shù)字前端中的混頻器送出的模擬窄帶中頻信號(hào)進(jìn)行采樣，產(chǎn)生數(shù)字窄帶中頻信號(hào)。對(duì)該信號(hào)進(jìn)行解調(diào)之前，先將頻譜搬至零中頻處，再進(jìn)行濾波，降采樣率等處理，如圖1所示。

圖1中A／D表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器，LPF表示低通濾波器，fs表示采樣率，fo表示最靠近零頻處鏡像的中頻。其中LPF實(shí)現(xiàn)如圖2所示的功能。設(shè)濾出的復(fù)數(shù)信號(hào)采樣率降為f‘s=fs/M。

圖2中，細(xì)線表示上邊帶(USB)，粗線表示下邊帶(LSB)。

說(shuō)明一點(diǎn)，在實(shí)際中，上下邊帶的位置關(guān)系要根據(jù)模擬信號(hào)的中頻及采樣率fs才能確定，這里為了方便解釋，就認(rèn)為L(zhǎng)SB在左，USB在右。

2 解調(diào)方案一

以解調(diào)上邊帶為例，如圖3所示，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字帶通濾波器，其頻響關(guān)于中心頻率fo‘對(duì)稱，別為f3，f4，截止頻率處的衰減至少為-20 dB。

該帶通濾波器的設(shè)計(jì)步驟如下：

(1)先設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，通帶帶寬為Δf1=f2-f1，過(guò)渡帶帶寬為Δf2=f1-f3。估算濾波器階數(shù)：N=

(2)將上述的低通濾波器進(jìn)行頻譜搬移即可實(shí)現(xiàn)該帶通濾波器(BPF)，如圖5所示。因此濾波器系數(shù)：

(3)如果利用FIRS指令實(shí)現(xiàn)邊帶濾波器，那么邊帶濾波的執(zhí)行時(shí)間會(huì)降為原來(lái)的一半。但這時(shí)要求濾波器的系數(shù)是對(duì)稱的。前面提到的低通濾波器系數(shù)是對(duì)稱的。

為使帶通濾波器的系數(shù)對(duì)稱，我們將帶通濾波器的系數(shù)附加一個(gè)相位△φ(n)。即：

的實(shí)部和虛部均為正。所以，帶通濾波器的系數(shù)有這樣的特點(diǎn)：實(shí)部偶對(duì)稱，虛部奇對(duì)稱。

3 解調(diào)方案二

還是以解調(diào)上邊帶為例，先搬移待解調(diào)信號(hào)的頻譜，再做低通濾波，最后又將信號(hào)的頻譜搬移回來(lái)，如圖7所示。這種方案濾波器的設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單，但要對(duì)信號(hào)進(jìn)行兩次頻譜搬移。

LPF與方案一中所設(shè)計(jì)的低通濾波器相同。如圖8所示，信號(hào)被搬至零中頻處。

4 兩種方案的比較

方案一中，帶通濾波器在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)行如下的計(jì)算：

其中"*"表示卷積運(yùn)算，下同。這表示要做4N次乘加運(yùn)算，考慮到對(duì)稱性只需要2N次乘加運(yùn)算。

如果信號(hào)不是獨(dú)立邊帶的，上邊帶信號(hào)解調(diào)所用的帶通濾波器的系數(shù)與下邊帶信號(hào)解調(diào)所用的帶通濾波器的系數(shù)是共軛關(guān)系，即hUSB(n)=hLSB*(n)，則另外一個(gè)邊帶的濾波計(jì)算為：

其結(jié)果與前面的成共軛關(guān)系，因此，只要得到其中一個(gè)邊帶的實(shí)數(shù)部分即可得到解調(diào)結(jié)果。這樣只需要N次乘加運(yùn)算。

如果是獨(dú)立邊帶的，上下邊帶的共軛關(guān)系不存在，則解調(diào)其中一個(gè)邊帶需要2N次乘加運(yùn)算，上下邊帶解調(diào)共需要4N次乘加運(yùn)算。

方案二中，低通濾波器在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)行如下的計(jì)算：

這表示要做2N次乘加運(yùn)算，考慮到對(duì)稱性只需要N次乘加運(yùn)算。

如果信號(hào)不是獨(dú)立邊帶的，那么同方案一，只需要N／2次乘加運(yùn)算。如果信號(hào)是獨(dú)立邊帶的那就上下邊帶解調(diào)共需要2N次乘加運(yùn)算。

另外兩次經(jīng)過(guò)NCO的運(yùn)算在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)共需要8次乘加運(yùn)算。

綜合來(lái)說(shuō)，就運(yùn)算開(kāi)銷方面而言方案二要優(yōu)于方案一。