西安交通大学嵌入式系统专题实验实验6—直接数字下变频处理系统.doc

嵌入式系统专题实验实验报告 实验6 直接数字下变频处理系统1、 实验原理 直接数字降频在本实验中将考虑用于实现数字降频的硬件组件。降频器用于将射频信号降至中频或基频，从根本上说降频包括了将有用信号降至低频并去除无用信号，同时以合适的采样速率对包含信息的信号进行重采样。这部分分成若干实验，首先我们将使用标准Simulink模块搭建一个降频器，计算过程采用双精度。之后我们将考虑如何优化各组件使之适用于实现FPGA。二、实验要求及结果记录实验 6.1 设计降频器打开系统：在本例中源信号被存在文件中并且采样频率为fs = 10Mhz。有用信号的频谱被调制在1.8MHz，整个5MHz频率范围内的无用信号包括噪声分量和3MHz频率附近的附加干扰信号。具体的频谱如下图所示：运行该系统，并观察接收信号，正如上图所示，频谱中包含了两种明显不同的组成分量：第一种位于1.8MHz附近，它由几种不同的谐波分量组成；第二种为干扰信号，中心频率位于3MHz附近。其中1.8MHz附近的是有用信号实验要滤除3MHz附近的频谱分量，实现信号的分离。 （a）我们可以使用1.8MHz的cosine正弦波与信号相乘来达到降频的目的。得到仿真输出图形如下： 你能否解释在频域中出现的位于1.2MHz，3.6MHz，4.8MHz的频率分量？ 信号与cosine函数相乘信号1.8MHZ的分量被搬移在0MHZ，与3.6MHZ处，3MHZ处的干扰信号则被搬移到3-1.8=1.2MHZ处与4.8MHZ处，在频谱上就实现对信号频谱的搬移。 如果使用sine正弦信号作混频会发生什么现象，请解释。 如果使用sine正弦信号作混频在3.6MHZ与4,8MHZ处频谱分量为负值，即会出现正负交替的频谱。（b）按如下要求设计一个低通滤波器：保留1.8MHz频率分量，对3MHz的信号分量衰减至少60dB。可以使用Simulink中的FDATool设计该滤波器。 将滤波器阶数调为37阶，在FDATool中设置如下：得到结果图如下：低通滤波器实现了将0Mhz的信号几乎完整的保留下来，而将干扰信号衰减了60db。（c）假定原始信号带宽为1MHz，在滤波器的输出端将该信号减采样50倍。 得到结果图如下：（d）验证降频器正常运作。使用System Generator和ISE工具在XC2VP30板上实现FPGA设计 系统合成是否成功？ReportResultValuesPlace and Route ReportNumber of BUFGXMUXs1 out of 16 6%Number of External IOBs49 out of 556 8%Number of 18 x 18 multipliers1 out of 136 1%Number of slices1793 out of 13696 13%Post place & route static timing reportMinimum Period5.791nsMaximum Frequency172.682MHz实验 6.2 设计带有CIC滤波的降频器在本实验中，我们将设计一个带有CIC滤波的数字降频器。目标信号频率范围为0 100kHz如下所示；采样频率10MHz：最终的采样率设定为250kHz，因此我们在输出端将信号减采样40。(a) 查看系统中使用的低通滤波器参数。将其与等价CIC低通滤波器作比较。 CIC低通滤波器的阶数降低至99阶后,CIC与BIG滤波器比较如下： 滤波器设置的参数如下：(b) 运行两个系统，验证输出结果是“极为相似的”（事实应该如此）输出不是相同的 为什么？（考虑CIC滤波器在通带范围内的频率特性） 因为降低了CIC滤波器的阶数后，CIC滤波器特性与BIG滤波器的特性没有完全吻合，因此两个系统输出结果是相似的，但不是相同的。(c) 打开以下系统： downconversion cic_10MHz cic_10MHz . mdl 该系统只是前一个系统中的CIC低通滤波环节。得到结果如图所示：(d) 使用System Generator将CIC设计用于FPGA实现的结果数据列于下表（在ISE中完成全部的设计阶段将会持续相当长的时间 - 大约40分钟）ReportResultValuesNumber of External IOBs45 out of 556 8%Number of 18 x 18 multipliers0Number of slices7289 out of 13696 53%Post place & route static timing reportMinimum Period6.260nsMaximum Frequency159.744MHz3、 实验小结（1） 实验收获通过本次实验，我学习了降频器的设计方法，掌握了直接降频的原理，学会了直接将射频信号解调至基带的方法。而且学会了用matlab设计带有CIC滤波器的降频器的方法。（2） 实验问题及解决 在实验过程中，由于我们对实验指导书的误解，直接使用原有滤波器进行运行与截图，并没有自己设定参数，经老师提醒后，我们又重新做了一遍，设置了合适的参数，最终的到了理想的结果。（3）实验心得在实验的过程中，考验了我们的细心与耐心，通过小组合作也考验了我们的团结