数字上变频的高效实现

信息处理 过滤器 数字通信 正交 数模 上采样
2022-02-10 11:52:00

我有一个应用程序,其中我有一个脉冲形状的 QAM 信号,每个符号有 2 个样本。我需要获取 I/Q 样本并执行正交上变频,以便它们可以在 DAC 上输出,该 DAC 的(实际)采样率是基带 IQ 率的 8 倍。中频频率为 DAC 采样率的 1/4。

我在 FPGA 中执行此操作的常用方法基本上是以下结构: 正交数字上变频器

在这种情况下,我会让重采样器只是 8x 插值 FIR,并且由于 IF 为 Fs/4 简化,NCO 将替换为 [+1,0,-1,0,..] 的序列。

总的来说,这需要实现两个 FIR 滤波器和一些加法器所需的资源(用于对 -1 项进行求反和最终的减法运算)。除了对 FIR 滤波器(如多相或 CIC)使用更有效的方法之外,这里是否需要进行额外的简化,或者是否与此有关?

我很感兴趣,因为最近有人向我提出了一种使用 4x 上采样 FIR 的方法,然后是 [+1,-1,+1,-1] 序列(Fs/2 混频器),然后是串行器(基本上是最后的I/Q 样本并在将它们发送到 D/A 之前简单地对其进行序列化——我猜这提供了最后的 2x)。

这种方法对我来说没有意义,特别是序列化步骤(我原以为你需要用 2x 上采样和减法器替换序列化器)。虽然从频域的角度来看,它看起来确实与其他方法进行了相同的下变频,但当我通过它运行实际的 qam 数据时,它似乎给星座带来了一些明显的失真。

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这种方法对我来说没有意义,特别是序列化步骤(我原以为你需要用 2x 上采样和减法器替换序列化器)。虽然从频域的角度来看,它看起来确实与其他方法进行了相同的下变频,但当我通过它运行实际的 qam 数据时,它似乎给星座带来了一些明显的失真。

我认为调制波形失真的原因是该方法在隐含的数字 IF 载波频率上创建正交上变频是有效的,但仅限于该频率。实现无失真要求基带波形的 I 和 Q 分量在转换为数字 IF 频率时在整个带宽内正交。这通常通过波形与正弦和余弦的同步乘法来实现。但是在这种情况下,如果我正确阅读了问题的详细信息,则 I 和 Q 样本之间存在延迟偏移(因为它们偏移了一个样本),这会在带宽上产生线性相位失真(假设延迟是具有频率的线性相位)。位于信号中心频率的 I 和 Q 分量将根据需要正交,但 I 和 Q 分量之间的相位将在数字 IF 的组合信号中的信号带宽上发生偏差,从而使调制信号失真。这将更加重要,因为调制信号占据了更大比例的奈奎斯特带宽。

也就是说,使用全通滤波器或其他正交校正技术对 I 和 Q 样本之间的时间延迟进行预补偿是可行的。