當前位置:首頁 > 通信技術(shù) > 通信技術(shù)
[導讀]摘要 介紹了采用DDC和DUC技術(shù)實現(xiàn)的大帶寬DRFM及其基本原理,并在Matlab中進行了理論仿真,使用QuartusⅡ完成了對整個系統(tǒng)及內(nèi)部模塊的建模,最后在Modelsim中進行了整個系統(tǒng)的功能仿真,為今后DRFM技術(shù)的研究提供理

摘要 介紹了采用DDC和DUC技術(shù)實現(xiàn)的大帶寬DRFM及其基本原理,并在Matlab中進行了理論仿真,使用QuartusⅡ完成了對整個系統(tǒng)及內(nèi)部模塊的建模,最后在Modelsim中進行了整個系統(tǒng)的功能仿真,為今后DRFM技術(shù)的研究提供理論和技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞 數(shù)字射頻存儲器;數(shù)字下變頻;數(shù)字上變頻

    隨著超高速、超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn),數(shù)字下變頻(Digial Down Converter,DDC)技術(shù)和數(shù)字上變頻(Digital Up Converter,DUC)技術(shù)得到快速發(fā)展,使得DRFM系統(tǒng)的瞬時帶寬得以提升,其中,采用正交調(diào)制解調(diào)技術(shù)的DRFM,瞬時的帶寬可達到600 MHs以上,基本可覆蓋一般雷達信號的帶寬,甚至覆蓋一般雷達信號的所有工作帶寬。由此,使得雷達對抗技術(shù)進入一個新的發(fā)展空間。

1 大帶寬DRFM基本原理
   
基于DDC和DUC技術(shù)的大帶寬,DRFM的基本原理是:由雷達天線接收戰(zhàn)場的雷達信號,將接收到的雷達信號,經(jīng)過高速的ADC變換器進行采樣量化,轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l數(shù)字信號,然后經(jīng)過DDC把ADC變換器輸出的中頻數(shù)字信號變?yōu)榱阒蓄l信號,并將其進行快速存儲。再將高速ROM中的數(shù)據(jù)讀出,對其進行多普勒(Doppler)頻移變換,使得最后輸出信號比原信號多—個多普勒頻移量,從而使輸出信號可以模擬假目標信號的多普勒效應(yīng)。再將多普勒頻移后的信號經(jīng)過DUC做上變頻處理,將零中頻信號搬到中頻,其中DUC過程的各項參數(shù)設(shè)置與DDC中的各項參數(shù)完全一致,以保證能夠完全恢復出中頻信號的頻帶和相位信息,最后將輸出的數(shù)字中頻信號經(jīng)過DAC變換器恢復為射頻模擬信號,并送給發(fā)射天線進行發(fā)射。基于該原理的DBFM基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。



2 大帶寬DRFM信號仿真
   
系統(tǒng)將雷達接收到的射頻雷達信號,經(jīng)過高速A/D變換器采樣量化后得到中頻數(shù)字信號,送入基于多相濾波原理實現(xiàn)的DDC模塊,得到基帶I、Q兩路信號。然后與復信號進行復乘法運算,實現(xiàn)信號的多普勒頻移,將得到的信號經(jīng)過DUC模塊處理后上變頻為中頻信號,再經(jīng)過DAC輸出,從而實現(xiàn)整個DRFM系統(tǒng)的功能。
    設(shè)輸入中頻信號fIE對應(yīng)的模擬信號x(t)=a(t)cos[2πfot+φ(t)]=a(t)cos[2π(f1+f2)t+φ(t)],假設(shè)振幅a(t)=1,初相φ(t)=0,中頻信號的載波頻率f1=750 MHz,基帶信號頻率f2=50MHz。中頻模擬信號對應(yīng)的信號頻譜如圖2所示。


     圖2顯示輸入信號頻率為800 MHz,前面200 MHz的頻譜是模擬信號對應(yīng)復頻率-800 MHz,經(jīng)過采樣率為fs=1 000 MHz的采樣,頻譜進行周期性搬移后,在正半軸產(chǎn)生的鏡像頻率。中頻信號經(jīng)過DDC模塊后的頻譜如圖3所示。


    如圖3所示,將中頻信號經(jīng)過數(shù)字下變頻(DDC)模塊處理以后,得到的I、Q兩路的信號對應(yīng)的復信號的頻譜已經(jīng)為基帶信號50 MHz。
    假設(shè)DDS模塊產(chǎn)生的正交信號頻率fd=62.5 MHz,DDC模塊輸出的基帶信號經(jīng)過多普勒頻移后,得到第一組I、Q兩路信號對應(yīng)復信號的頻譜如圖4所示。


    圖4所示,頻率從基帶的50MHz搬移到了112 5 MHz,完成了預(yù)想的結(jié)果。
    將得到的信號進行數(shù)字上變頻(DUC)處理,即經(jīng)過與DDC的相反過程后,得到輸出信號的頻譜如圖5所示。


    圖5所示,信號頻率從112.5 MHz搬移到了862.5 MHz,而載波頻率為750 MHz,基本與理論一致。即輸入的800 MHz中頻信號經(jīng)過DRFM系統(tǒng)后轉(zhuǎn)變?yōu)?62.5 MHz,得到的結(jié)論與實際預(yù)想相同,完成了DRFM系統(tǒng)的功能。

3 大帶寬DRFM在FPGA中的設(shè)計與實現(xiàn)
    根據(jù)上述DRFM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),在FPGA開發(fā)平臺QuartusⅡ中實現(xiàn)其功能,主要完成對系統(tǒng)及內(nèi)部模塊的建模,并在Modelsim中對整個系統(tǒng)進行了功能仿真,驗證了設(shè)計的正確性。在FPGA中實現(xiàn)的基于DDC和DUC大帶寬DRFM的整體模塊如圖6所示。


    如圖6所示,在高性能FPGA中主要實現(xiàn)的是數(shù)字下變頻,多普勒調(diào)制和數(shù)字上變頻3部分。圖中的第一模塊實現(xiàn)數(shù)字下變頻和多普勒調(diào)制,第二模塊實現(xiàn)數(shù)字上變頻。以下分別介紹3個部分在FPGA中的具體實現(xiàn)。
3.1 FPGA中DDC模塊的實現(xiàn)
   
設(shè)計中采用了基于多相濾波結(jié)構(gòu)的數(shù)字正交下變頻(DDC),首先介紹基于多相濾波結(jié)構(gòu)的DDC算法。
設(shè)輸入中頻信號為x(t)=a(t)cos[2πfot+φ(t)],按以下采樣頻率fs對其進行采樣,由帶通采樣原理可知,m=0,1,2,…。其中m取值滿足fs≥2B的最大正整數(shù)。
    得到的采樣序列為
   
    即x(2n)(-1)n和x(2n+1)(-1)n兩個序列分別是同相分量xI(n)和正交分量xQ(n)的2倍抽取序列。根據(jù)抽取原理可知,如果xI(n)和xQ(n)的數(shù)字譜寬度<π/2,則其兩倍抽取序列xI(2n)和xQ(2n+1)可以無失真表示原序列。根據(jù)傅里葉變換性質(zhì)可以推出
   
    可知兩者的數(shù)字譜恰好相差一個延遲因子*,在時域上即是相差0.5個采樣點。為彌補這種時域的非對齊,需要引入兩個時延濾波器加以校正。這兩個濾波器需滿足
   
    基于多相濾波的數(shù)字正交下變頻實現(xiàn)過程如圖7所示。


    由上述算法,可以推導出寬帶DDC的多相濾波高效結(jié)構(gòu)如圖8所示。


    輸入中頻數(shù)字信號為x(n),依次經(jīng)過一個采樣點的延遲后分別進行4倍抽取,得到4路并行信號,依次為a(n)、b(n)、c(n)、d(n)。將得到的4路并行信號,分別經(jīng)過一個采樣點的延遲后再分別進行2倍抽取,得到8路并行信號,依次為x0(n)、x1(n)、x2(n)、x3(n)、x4(n)、x5(n)、x6(n)、x7(n)。由式(3)可知,x(n)的偶數(shù)項對應(yīng)其同相分量I路信號,奇數(shù)項對應(yīng)其正交分量Q路信號。于是,對以上的8路信號進行處理,得到4路并行的I路信號xI0、xI1、xI2、xI3和4路并行的Q路信號xQ0、xQ1、xQ2、xQ3,其中xI0=x0(n)、xI1=x2(n)、xI2=x4(n)、xI3=x6(n)、xQ0=x1(n)、xQ1=x3(n)、xQ2=x5(n)、xQ3=x7(n)。將得到的4路并行的I路信號與4路并行的Q路信號分別通過滿足式(5)的時延濾波器,使得I路信號和Q路信號在時域上對齊。經(jīng)過時延濾波器后,得到I路4路并行信號xII0(n)、xII1(n)、xII2(n)、xII3(n),和Q路4路并行信號xQQ0(n)、xQQ1(n)、xQQ2(n)、xQQ3(n)。
    雖然信號x(n)經(jīng)過抽取后變成了8路信號,經(jīng)過DDC后變成了4路并行的I路和Q路信號,盡管每一路保存的I、Q兩路信號對應(yīng)的復信號與原信號相比,都有一定的頻譜損失,但這4路并行的信號總體卻完整保存了信號x(n)的頻譜和相位信息。若要恢復信號x(n),只需經(jīng)過一個相反過程即可。該寬帶DDC的多相濾波結(jié)構(gòu)在FPGA中具體實現(xiàn)的模塊如圖9所示。


    圖9中第1模塊實現(xiàn)將信號x(n)抽取變?yōu)?路信號,分離出I路和Q路數(shù)據(jù)。第2,3模塊實現(xiàn)的是將并行4路的I路和Q路數(shù)據(jù)經(jīng)過各自對應(yīng)的濾波器實現(xiàn)時域上的對齊,并最終將中頻數(shù)字信號變成基帶信號。
3.2 FPGA中Doppler模塊的實現(xiàn)
   
多普勒調(diào)制原理
   
    根據(jù)多普勒調(diào)制的原理,對經(jīng)過DDC模塊后產(chǎn)生的基帶信號進行多普勒調(diào)制。文中采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)產(chǎn)生正交本振信號cos(2πfdt)和sin(2πfdt)兩路信號,對其分別進行4倍抽取,得到xDI0、xDQ0,xDI1、xDQ1,xDI2、xDQ2,xDI3、xDQ3這4路信號。
    將得到的x(n)4路同相分量xI(n)和正交分量xQ(n)分別與DDS產(chǎn)生的4路并行的I、Q兩路正交本振信號做復乘法運算,即xOI0=xII0×xDI0-xQQ0×xDQ0,xOQ0=xQQ0×xDI0+xII0×xDQ0,下面做相同變換,得到對應(yīng)的xOI和xOQ的4路信號,從而實現(xiàn)4路信號的多普勒頻移。
    用于產(chǎn)生4路并行的I、Q兩路正交本振信號的DDS模塊如圖10所示。


    圖10中輸出的分別為4路并行的I路數(shù)據(jù)和4路并行的Q路數(shù)據(jù)。將其與DDC輸出的4路同相分量xI(n)和正交分量xQ(n)做復乘法運算。后續(xù)實現(xiàn)多普勒頻移的復乘法模塊如圖11所示。


    圖11中的第1部分實現(xiàn)xOI0=xII0×xDI0-xQQ0×xDQ0,產(chǎn)生I路的第1路數(shù)據(jù),第2部分實現(xiàn)xOQ0=xQQ0×xDI0+xII0×xDQ0,產(chǎn)生Q路的第1路數(shù)據(jù),做相同的處理,可以實現(xiàn)xOI和xOQ的4路信號,完成多普勒調(diào)制。
3.3 FPGA中DUG模塊的實現(xiàn)
    DUC模塊的工作過程與DDC模塊相反,是DDC的一個逆過程。即為多普勒調(diào)制輸出的4路并行的I路和Q路數(shù)據(jù),分別經(jīng)過濾波器,還原I、Q兩路在時域上的非對齊性,然后各自完成4倍的內(nèi)插,實現(xiàn)數(shù)字上變頻,其結(jié)構(gòu)如圖12所示。


    該數(shù)字上變頻在FPGA中的具體實現(xiàn)模塊如圖13所示。


3.4 系統(tǒng)在Modelsim中的仿真
   
將FPGA中的整個系統(tǒng)在Modelsim中進行仿真,結(jié)果如圖14所示。


    將圖14得到的輸出信號的離散的值導入到Matlab中,查看其頻譜圖,如圖15所示。


    如圖15所示,輸出信號頻率為862.5 MHz,與圖5仿真結(jié)果相同,由此得出,在FPGA中的整個DRFM系統(tǒng)實現(xiàn)的功能與理論上得到的結(jié)果一致,從而完成了DRFM系統(tǒng)的功能,達到了預(yù)期的效果。

4 結(jié)束語
   
隨著超寬帶高分辨率雷達在未來戰(zhàn)場發(fā)揮的作用越來越大,對于超帶寬雷達的干擾技術(shù)研究,將成為雷達對抗領(lǐng)域的重要研究方向。文中針對基于現(xiàn)代化軟件無線電原理的數(shù)字下變頻(DDC)和數(shù)字上變頻(DUC)技術(shù),對實現(xiàn)的DRFM系統(tǒng)進行了分析及系統(tǒng)仿真,得出的結(jié)論與預(yù)想結(jié)果吻合良好,證明了系統(tǒng)的可行性。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉