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    一种用DSP实现的窄带中频信号采样的方法    文／张建华Summary：窄带中频信号的采样是软件无线电的关键技术，中频信号采样的好坏直接关系到接受信号的好坏本文基于此介绍了一种如何用DSP 来实现窄带中频信号的采样的方法关键字：DSP、欠采样、带通滤波器、窄带信号一、引言软件无线电是通信领域发展中的前沿技术之一，它集数字信号处理、DSP/FPGA、无线通信和计算机软硬件技术于一体，充分体现了现代通信技术的高性能特点软件无线电的核心思想是对由天线感应的射频模拟信号尽可能地直接进行数字化，将其变换为适合于数字信号处理器（DSP）或计算机处理的数据流，然后通过软件来完成各种功能，使其具有更好的可扩展性和应用环境适应性所以，软件无线电首先面临的问题就是如何对工作频带内的信号进行数字化本文就是基于此，在讨论基本的带通采样定理基础上，分析欠采样率对带通信号采样的频谱搬移特点，同时结合对普通的AM 调幅接收机中频信号的采样、滤波与处理，以获得基带的语音信号这种用软件进行信号处理的技术有助于深入理解带通采样滤波的理论，并为软件无线电接收数据信号提供理论与实践依据本文讨论的中频窄带采样实现的基本框图如图1 所示。

其中A/D 采用TCL5510，该芯片最高采样率是20MHz，8位数据宽度，其输入信号的动态范围是0.6 ?2.6V，由于输入是465kHz 交流的调幅信号，因此该输入信号需要叠加在被采样信号中心位置1.6V 直流电平上，A/D 前放大电路的输出要调整在这个电平A/D 转换时钟是使用DSP_CLKOUT 信号，经过2分频获得（10MHz）D/A 采用CA338，该芯片也是8 位数据宽度，直接输出模拟信号系统采用一个A/D 与一个D/A，因此在程序设计中使用PORTR 和PORTW 指令，产生IO 读写信号，与普通的或门控制，实现对A/D 的读和对D/A 的写操作2）采样频率确定根据以上讨论，对于窄带中频信号465kHz，通过60kHz 的采样，产生15kHz 的信号采样前后的信号频谱关系如图4 所示其中图4（a）表示除了465kHz 的带通信号可以通过欠采样产生15kHz 的低中频信号外，其他信号也可以通过欠采样产生15kHz 低中频，因此465kHz 的中频必须是一个限带滤波器输出的信号，不容许其他信号混入采样其次该限带中频信号与采样信号的频域卷积除了有15kHz 的信号频谱外，还有其他的频谱分量，因此采样后，DSP 要设计一个带通滤波器，滤除其他信号的频谱，如图4（c）所示。

然后通过包络检波获得基带语音信号由于需要进行实时的数字信号处理，从滤波器实现到确定准确的采样频率十分重要具体实现的方法可以是：选择可编程AD 转换器，可编程时钟发生器输入时钟到AD、DSP 采用定时中断采样等由于本硬件设计AD 是输入固定时钟，芯片不可编程，因此采用DSP 中断采样和处理的方法根据60kHz 的采样频率，计算采样周期是16667ns，DSP 工作的时钟频率是20MHz，如果以单周期指令计算，在AD 采样的周期内，DSP可执行16667/50 ＝ 333 条指令那么DSP 的工作过程应该按图5 时序进行3）带通滤波器的实现使用DSP 实现带通滤波器的设计方法很多， 可以先用MATLAB、SystemView 等软件进行模拟仿真，然后获取滤波器的系数，设计FIR 滤波器或IIR 滤波器，如果仅仅处理语音信号可以采用IIR 滤波器；如果需要处理数据信号一般可以用FIR滤波器其次使用DSP_C54X 定点数字信号处理器，由于在滤波器实现与数据处理中采用小数方式，因此要求输入的数据也是小数，而从A/D 转换采集数据信号是十六进制的，因此首先要进行数据转换，然后处理，处理完的数据还需要转换成16 进制，通过D/A 输出。

其中，滤波器的输入信号已经将采集的16 进制数转换成Q15 格式，其输出是定点DSP 的Q15 格式，对于包络检波可以认为：0 ?1 用0000H ?7FFFH 表示低中频载波的正半周，而低中频的负半周是“FFFFH －采样值”，即是“（0 －（0－－ 1）＝ 0 －1”，此运算将低中频载波的负半周转换为正半周，实现了检波功能，D/A 输出加一个低通滤波器可以得到基带语音信号四、性能分析通过以上分析和程序设计，使用DSPC5402 构成的数字信号处理系统，对465kHz 的窄带中频调幅信号进行欠采样与数据处理，通过存储示波器测量的波形如图6 所示由于采用带通采样，降低了采样频率，使DSP 有足够的时间处理，如滤波、信号变换等通过输出的波形可以看到：信号的量化噪声在一定程度上影响输出信号的纯度因此还需要加好的低通滤波器实际中还对普通的调幅收音机中频输出进行实际采样处理，可以获得比较清晰的语音信号五、结束语本文通过对带通采样定理的讨论，结合DSPC54 芯片设计的数字信号处理系统，对窄带中频信号进行实际的采样与处理，获得较好的效果尽管与实际的软件无线电系统实现框架有较大的距离，但论文研究结果为DSP 在该领域的应用提供了一个实际范例。

Reference:1. 杨小牛等. 软件无线电原理与应用[M]. 电子工业出版社，20012. 戴明桢等.TMS320C54xDSP 结构、原理及应用[M]. 北京航空航天大学出版社，20013. 徐平平等译. 数字通信－基础与应用（第二版）[M]. 电子工业出版社，20024. 杨万全等. 现代通信技术. 四川大学出版社，1999作者简介：张建华，重庆电子工程职业技术学院，讲师；重庆大学通信学院研究生毕业，信号与信息处理专业；研究方向：物联网  -全文完-。