数字下变频仿真实例

数字下变频matlab源程序当涉及到数字信号处理中的频率变换，MATLAB是一个非常强大的工具。

在MATLAB中，可以使用不同的函数和工具箱来实现数字信号的频率变换。

下面是一个简单的示例，展示了如何在MATLAB中实现数字信号的频率变换。

matlab.% 生成输入信号。

fs = 1000; % 采样频率。

t = 0:1/fs:1-1/fs; % 时间向量。

f1 = 20; % 输入信号频率。

x = sin(2pif1t); % 输入信号。

% 进行频率变换。

f2 = 50; % 目标频率。

y = x.exp(1i2pif2t); % 频率变换。

% 绘制结果。

subplot(2,1,1);plot(t,real(x));title('原始信号');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(2,1,2);plot(t,real(y));title('频率变换后的信号');xlabel('时间');ylabel('幅度');在这个示例中，我们首先生成了一个输入信号x，然后使用频率变换公式y = x.exp(1i2pif2t)将输入信号的频率变换到f2。

最后，我们绘制了原始信号和频率变换后的信号的波形图。

除了这个简单的示例之外，MATLAB还提供了许多内置的函数和工具箱，如fft, ifft, chirp, spectrogram等，可以用于数字信号的频率变换。

通过这些函数和工具箱，可以实现更复杂和高级的频率变换操作，比如滤波、混频、调制解调等。

总之，MATLAB是一个非常强大的工具，可以帮助你实现数字信号的频率变换。

希望这个简单的示例可以帮助你更好地理解在MATLAB中实现数字信号频率变换的方法。

通信系统中的数字上变频和下变频数字上变频器(DUC)和数字下变频器(DDC)不仅仅是通信应用(如软件无线电)中的关键，而且在需要窄带信号高速流的应用中也是重要的。

另外，DDC结构容易控制所有取样速率下的混淆防止分样。

让我们看看数字记录5MHz带宽(中心在50MHz)信号的问题。

此信号可以是来自RF-IF模拟下变频器的信号或者是直接从天线接收的信号。

为了满足尼奎斯特准则，我们需要以105ms/s取样率取样此信号。

然而，为了合理地捕获此信号，应该在较高的取样率(至少200ms/s)取样此信号。

假设ADC为16位，在该速率下被取样的信号会产生400MB/s数据。

也许更难办的是以这样高速率采集和存储数据缺乏商业可用的方案。

大多数可用的PC基数字器仅能在大约几分之几秒内存储此数据。

数字下变频DDC在持续时间期间可以数字记录RF信号。

在此实例中，我们仅需要记录5MHz信号(中心频率50MHz)，而不是ADC的整个尼奎斯特带宽。

DDC允许除去其余数据，并降低数据率。

在现场可编程门阵列(FPGA)中实现时，简单的数字下变频分为3个性质不同的步：频率变换、滤波和分样(图1)。

频率变换和滤波第1步是频率变换。

5MHz频带需要降低变换到基带，靠乘或与载频(fc)正弦信号混频实现这种变换。

用数字控制振荡器(NCO)数字产生正弦波。

NCO通常也称之为本机振荡器(LO)，它可以在精确频率和相位下产生取样波形。

随着信号从50MHz变频到基带，信号拷贝也从50 MHz变频到100 MHz。

基于此原因，新的基带信号必须滤波，去除较高频率的信号。

然而，到此我们的任务没有完成。

我们仍有1个在200ms/s取样的低频基带信号。

传输额外不必要数据时不希望PC总线过载，我们重新取样信号来降低有效取样率。

这靠分样实现，在规则的时间间隔内从数字化的信号中去除数据点。

在此例中，取样从200ms/s下降到10ms/s，每20个取样去除19个取样。

通信应用中的数字上变频和下变频数字上变频器(DUC)和数字下变频器(DDC)不仅仅是通信应用(如软件无线电)中的关键，而且在需要窄带信号高速流的应用中也是重要的。

另外，DDC结构容易控制所有取样速率下的混淆防止分样。

做为1个例子，让我们看看数字记录5MHz带宽(中心在50MHz)信号的问题。

此信号可以是来自RF-IF模拟下变频器的信号或者是直接从天线接收的信号。

为了满足尼奎斯特准则，我们需要以105ms/s取样率取样此信号。

然而，为了合理地捕获此信号，应该在较高的取样率(至少200ms/s)取样此信号。

假设ADC为16位，在该速率下被取样的信号会产生400MB/s数据。

也许更难办的是以这样高速率采集和存储数据缺乏商业可用的方案。

大多数可用的PC基数字器仅能在大约几分之几秒内存储此数据。

数字下变频DDC在持续时间期间可以数字记录RF信号。

在此实例中，我们仅需要记录5MHz信号(中心频率50MHz)，而不是ADC的整个尼奎斯特带宽。

DDC允许除去其余数据，并降低数据率。

在现场可编程门阵列(FPGA)中实现时，简单的数字下变频分为3个性质不同的步：频率变换、滤波和分样(图1)。

频率变换和滤波第1步是频率变换。

5MHz频带需要降低变换到基带，靠乘或与载频(fc)正弦信号混频实现这种变换。

用数字控制振荡器(NCO)数字产生正弦波。

NCO通常也称之为本机振荡器(LO)，它可以在精确频率和相位下产生取样波形。

随着信号从50MHz变频到基带，信号拷贝也从50 MHz变频到100 MHz。

基于此原因，新的基带信号必须滤波，去除较高频率的信号。

然而，到此我们的任务没有完成。

我们仍有1个在200ms/s取样的低频基带信号。

传输额外不必要数据时不希望PC总线过载，我们重新取样信号来降低有效取样率。

这靠分样实现，在规则的时间间隔内从数字化的信号中去除数据点。

在此例中，取样从200ms/s 下降到10ms/s，每20个取样去除19个取样。

摘要：阐述了雷达中频正交采样的原理, 研究了使用System Generator实现数字下变频的一种自顶向下的新型设计方法。

在Simulink中进行了功能仿真验证, 生成了HDL代码, 并在X ilinx FPGA中进行了RTL的时序仿真分析。

数字下变频的硬件设计主要采用专用DSP芯片或FPGA 实现。

与基于软件处理的DSP 芯片相比,FPGA的集成度高、逻辑实现能力强、设计灵活性更好。

数字下变频采用FPGA实现逐渐成为一种趋势。

但是, 由于VHDL、Verilog语言的严谨性和FPGA内部结构的复杂性, 利用FPGA 来实现一个高效的数字下变频, 会占去较多的时间。

System Generator是Xilinx公司和Mathw or ks合作开发的一款FPGA辅助设计工具, 它降低了FPGA设计门槛, 使用者只需在S imulink中完成模型的搭建, 启动System Generator ,就能自动生成VHDL或V eri log源程序及其他一些工程文件, 并将系统模型映射到目标器件FPGA上进行硬件实现。

本文采用System Generator设计了数字下变频, 避开传统设计过程中采用HDL编程的复杂环节, 缩短了设计所需时间。

1、数字下变频的原理一个中频带通信号可表示为：其中, Xi( t) = a(t)cosψ( t), XQ ( t ) = a ( t) sinψ(t)分别成为x (t)的同相分量和正交分量；w0 为载频a (t), ψ(t)分别为包络和相位, 且有如下关系：在雷达应用中, 输出信号可以表示为：S~( t)称为信号的复包络。

实信号x ( t)的正负频谱是共轭对称的, 而其复包络S~( t)就包含了x ( t)中的所有信息。

对复包络进行采样的传统方法是正交双通道采样, 如图1所示。

但是由于模拟电路存在漂移和不一致性, 使得到的两路信号并不是完全正交的, 而是存在一定的幅度和相位误差。

matlab 数字下变频实现
在MATLAB中，数字下变频（Digital Down-Conversion，简称DDC）是通过数字信号处理技术来实现的。

数字下变频通常用于将高频信号转换为低频信号，以便进行后续的处理或分析。

下面我会从几个方面来介绍在MATLAB中实现数字下变频的方法。

首先，数字下变频的实现通常涉及到信号的混频和滤波。

在MATLAB中，你可以使用内置的信号处理工具箱来实现这一过程。

首先，你需要使用数字信号处理中的混频器来将高频信号转换到基带频率。

接着，你可以使用低通滤波器来滤除不需要的高频成分，得到你所需的低频信号。

其次，你也可以使用MATLAB中的FFT（快速傅里叶变换）来实现数字下变频。

你可以先对原始信号进行FFT变换得到频谱，然后通过频域操作将高频信号转移到基带频率，最后再进行IFFT（反傅里叶变换）得到你所需的低频信号。

此外，在MATLAB中，你还可以使用相关工具箱中的信号生成函数和滤波器设计函数来实现数字下变频。

你可以使用信号生成函数生成高频信号，然后通过滤波器设计函数设计一个低通滤波器，将
高频信号滤波得到低频信号。

总的来说，在MATLAB中实现数字下变频可以通过使用信号处理工具箱中的混频器、滤波器、FFT变换、相关函数等方法来实现。

当然，具体的实现方法还取决于你的具体需求和信号特性，你可能需要根据实际情况选择最合适的方法来实现数字下变频。

希望这些信息能够帮助到你。

雷达数字下变频1. 引言雷达技术是一种用于探测、测量和跟踪目标的无源电磁感知技术。

它广泛应用于军事、航空、气象和民用领域。

雷达的核心部分是接收到的回波信号的处理，其中数字下变频是一种重要的技术手段。

本文将深入探讨雷达数字下变频的原理、应用和发展。

2. 数字下变频原理数字下变频，简称IF，是一种将雷达接收的射频信号转换为中频信号进行处理的技术。

它主要包括射频信号采样、滤波、混频和解调等步骤。

2.1 射频信号采样射频信号采样是将接收到的高频信号转换为低频信号的第一步。

采用模拟到数字转换器（ADC）对射频信号进行抽样，然后得到连续的数字信号。

2.2 滤波采样得到的数字信号中会包含一定的混叠信号，需要进行滤波处理。

滤波器主要用于抑制混叠信号，保留目标信号的基带信息。

2.3 混频混频是将射频信号与一个本地振荡器（LO）的信号相乘，使得射频信号的频率被转换到中频。

混频后的信号中包含了目标信号的基带信息，方便进一步处理。

2.4 解调解调是将混频后的中频信号还原为基带信号，进一步提取目标信号的信息。

解调可以通过解调器或数字信号处理器（DSP）来实现。

3. 数字下变频的应用数字下变频技术在雷达系统中有广泛的应用，以下列举了几个典型的应用场景：3.1 目标探测与跟踪数字下变频可以提高雷达对目标的探测和跟踪能力。

通过数字化处理射频信号，可以更精确地提取目标的距离、速度和方位等信息，实现对目标的精确定位和追踪。

3.2 抗干扰能力提升数字下变频可以通过滤波、解调等处理步骤，抑制外界干扰信号的影响，提高雷达系统的抗干扰能力。

尤其在信号处理阶段，数字下变频可以应用各种数字滤波和解调算法进行干扰信号的消除和抑制。

3.3 多功能雷达实现数字下变频可实现多功能雷达的功能，例如模糊度处理、采样率变换和波束形成等。

通过数字信号处理算法的灵活调节，能够适应不同参数和场景的雷达应用。

3.4 数据传输与处理数字下变频技术也可以用于雷达数据的传输和处理。

1 引言数字下变频DDC(digital down lonvwrsionl作为系统前端A／D转换器与后端通用DSP器件间的桥梁，通过降低数据流的速率，将低速数据送给后端通用DSP器件处理，其性能的优劣将对整个软件无线电系统的稳定性产生直接影响。

采用专用DDC器件完成数字下变频，虽具有抽取比大、性能稳定等优点，但价格昂贵，灵活性不强，不能充分体现软件无线电的优势。

FPGA工艺发展迅速，处理能力大大增强，相对于ASIC，DSP，其具有吞吐量高、开发周期短、可实现在线重构诸多优势。

基于这些优点，FPGA在软件无线电的研发中具有重要作用。

2 数字下变频系统数字下变频器在软件无线电系统中完成的功能结构如图1所示，其中包括直接数字频率合成器DDS(direct digital synthesizer)、数字混频器、FIR滤波器、抽取等模块。

原始模拟中频信号经A／D转换器带通采样后得到数字中频信号，输入DDC后先与DDS产生的两路正交本振信号相乘(数字混频)，将数字中频搬移到基带。

混频后得到的数据率和采样率一致，后级FIR滤波器要达到该处理速率。

硬件实现相当困难，因此首先通过抽取模块大大降低数据速率，然后使用高阶FIR低通滤波器对整个信道整形滤波。

滤波输出的两路正基带信号交由下一级DSP器件进行处理。

2．1 混频器的FPGA实现数字混频器将原始采样信号与查找表生成的正、余弦波形分别相乘，最终得到两路互为正交的信号。

由于输入信号的采样率较高，因此要求混频器的处理速度大于等于信号采样率。

单通道的数字下变频系统需要两个数字混频器．也就是乘法器。

XC2V1000器件内嵌64个18×18位硬件乘法器，其最高工作频率为500 MHz，因此采用硬件乘法器完全能够满足混频器的设计要求。

使用Xilinx公司的Multiplier IP核可以轻松实现硬件乘法器的配置。

该设计中采用两路14位的输入信号，输出信号也为14位。

示波器的DDC（数字下变频）技术详解如今随着电子产品设计的日趋复杂，DDC介绍R&S示波器硬件实现的DDC3.1 I/Q解调中的DDC3.2 频谱分析中的DDC示波器频谱分析功能一般采用FFT（Fast Fourier Transformation）即快速傅里叶变换。

传统数字示波器的频谱分析原理框图如图13所示。

图13 传统数字示波器频谱分析框图模拟信号经过ADC后变成数字信号，之后选择不同的窗函数进行加窗处理，最后直接做FFT将信号变换到频域。

通过该种处理方式得到的频谱范围为0Hz至最大频率（通常数值上等于ADC采样率的一半），例如ADC采样率为5GSa/s，那么FFT得到的频谱范围为0Hz至2.5GHz。

如果要观测某一段的频谱，则通过软件显示放大（Zoom）的方式将频谱放大显示到该频段。

这种传统示波器频谱分析方式的好处在于，所有处理过程采用软件计算，且算法简单，因此便于实现。

但如果追求更快的实时频谱测量或者更高精度的频谱分析，这种传统的处理方式就会显得非常困难。

由于采用全软件的处理方式以及一直是对整个频率范围（0Hz至最大频率）做计算，因此处理速度会很慢，无法做到实时或者准实时的频谱分析。

另外在示波器设置方面也会很复杂，需要不断的调整时域参数（如时基、采样率等）来满足需要的频域参数设置。

最重要的是，受到示波器存储深度的限制，并且通常使用的FFT点数只有几K，因此频率分辨率即最小能区分的频率大小会非常有限，通常情况下很难达到一个理想的频率分辨率。

一般来讲，频率分辨率有两种解释。

一种解释是，表示在FFT中，两个相邻频率点间的最小频率间隔，如公式(5)所示：∆f = fs / N = 1 / t (5)其中，∆f表示频率分辨率，fs表示ADC采样频率，N表示FFT的计算点数，t表示采集信号的时间长度，也就是捕获时间。

可以看出，信号采集时间t越长，频率分辨率∆f越小，也就是频率分辨力就越好。

基于DSP TMS320C6416 的数字下变频技术数字下变频器有多种芯片可供选择，如Harris 公司Gray-Chip 公司的产品。

然而这些器件无法满足雷达对抗侦察数字接收机高多DSP 的数字下变频器。

本文以某雷达对抗侦察数字接收机为例，介绍一种基于TI 公司的DSPTMS320C6416 的数字下变频器。

1 数字下变频的基本原理数字下变频的基本原理见图1。

经A/D 变换后的中频信号通过两个乘法器构成混频器，产生I、Q 两种信号再通过低通滤波、抽取输出降低了采样频率的基带信号。

以某种数字接收机为例，其中频频率fc=200MHz，中频带宽B=20MHz，中频采样频率fs=500MHz，下变频时可以直接将中频频率变到0，也就是令图1 中的f0=fc，此时位于中频带宽内对称于中频频率的信号频谱分量将发生混叠。

为避免这种现象可将中频下变频到一个较低的频率而不是0，设f0=190MHz，则下变频后的信号位于0～20MHz，通过低通滤波10 倍抽取，相当于对变频后的信号以50MHz 的采样频率采样。

利用DSP 实现数字下变频的第一步是选择能满足上述数据处理要求的DSP。

对于混频运算，由于采样频率为500MHz，为实现时处理则要求DSP 至少具有500MIPS 的处理能力，同时考虑到后续滤波抽取运算的需要，选用TI 公司的高性能DSP 芯片TMS320C6416。

2 TMS320C6416 芯片的性能特点TMS320C6416 是TI 公司最新推出的高性能定点DSP，其时钟频率可达600MHz，最高处理能力为4800MIPS，软件与C62X 完成兼容，采用先进的甚长指令结构（VLIW)的DSP 内核有6 个ALU（32/40bit），每个时钟周期可以执行8 条指令，所有指令都可以条件执行。

该DSP 具有Viterbi 译码协处理器（VCP）和Turbo 译码协处理器（TCP)；采用两级缓存结构，一级缓存（L1)由128Kbit 的程序缓存和128Kbit 的数据缓存组成，二级缓存（L2)为8Mbit；有2 个扩展存储器接口。

数字下变频仿真原理：信号采样的频谱调频信号：02()cos *(2/2)s x K t n f nt π=+/MHz0002202*cos(2/)cos(2)cos(2)cos(4*/2*/2)cos(*/2)s s s s x f n f f nt f nt f nt K t K t K t ππππ=+=++0002022*sin(2/)cos(2)sin(2)sin(*/2*/2)sin(*/24)s s s s K t Kt K x f n f f nt f nt f nt tππππ+-=-+=-+因为f 0=30MHz ，整体向左平移30MHz 。

-40-20带宽为5MHzx n的时域波形和频域波形，如下图所示。

通过仿真得到()clc;clear all;close all;f0=30e6; 中心频率B=5e6; 带宽T=30e-6; 脉冲宽度fs=40e6; 采样频率N=T*fs; 采样点数K=B/T; 频率变换率ts=1/fs; 采样周期t=-T/2:ts:T/2-ts;x=cos(2*pi*(f0*t+K*t.^2/2));figure(1);title('时域波形');xlabel('point ');figure(2);plot(abs(fft(x)));title('频域波形');xlabel('point');I路信号和Q路信号：ddc_i = x.*cos(2*pi*f0*(1:N)/fs); I路信号ddc_q = -x.*sin(2*pi*f0*(1:N)/fs); Q路信号figure(3);subplot(211);plot(t,ddc_i);grid;title('I路波形');subplot(212);plot(t,ddc_q);grid;title('Q路波形');FIR滤波器的设置在mand Windows里输入fdatool进入滤波器参数设置的界面Hd=fir;[h,f]=freqz(Hd,512);figure(4);plot(f,20*log10(abs(h)));gridtitle('FIR低通滤波器的幅频特性响应') hd=Hd.Numerator;fir_i=conv(ddc_i,hd);fir_q=conv(ddc_q,hd);figure(5);subplot(211);plot(fir_i);gridtitle('FIR低通滤波器后的I路信号'); subplot(212);plot(fir_q);gridtitle('FIR低通滤波器后的Q路信号');s=fir_i+j*fir_q;figure(6);subplot(211);sf=fftshift(abs(fft(s)));plot(sf);grid;title('信号滤波后的频谱')subplot(212);plot((20*log10(sf/max(sf))));grid title('归一化频谱')clc;clear all;close all;f0=30e6;B=5e6;T=30e-6;fs=40e6;N=T*fs;K=B/T;ts=1/fs;t=-T/2:ts:T/2-ts;x=cos(2*pi*(f0*t+K*t.^2/2)); figure(1);plot(x);title('时域波形');xlabel('point');figure(2);plot(abs(fft(x)));title('频域波形');xlabel('point');ddc_i = x.*cos(2*pi*f0*(1:N)/fs); ddc_q = -x.*sin(2*pi*f0*(1:N)/fs); figure(3);subplot(211);plot(t,ddc_i);grid;title(' I路波形');subplot(212);plot(t,ddc_q);grid;title(' Q路波形');Hd=fir;[h,f]=freqz(Hd,512);figure(4);plot(f,20*log10(abs(h)));gridtitle(' FIR低通滤波器的幅频特性响应') xlabel('w/pi');hd=Hd.Numerator;fir_i=conv(ddc_i,hd);fir_q=conv(ddc_q,hd);figure(5);subplot(211);plot(fir_i);gridtitle(' FIR低通滤波器后的I路信号'); subplot(212);plot(fir_q);gridtitle(' FIR低通滤波器后的Q路信号');s=fir_i+j*fir_q;figure(6);subplot(211);sf=fftshift(abs(fft(s)));plot(sf);grid;title('信号滤波后的频谱')subplot(212);plot((20*log10(sf/max(sf))));grid title('归一化频谱')。

数字下变频模块的处理过程包括以下3个步骤：
1. 数字变频：将感兴趣部分的频谱下变频到零频附近。

先以fs对信号进行采样，得到N点序列x(n)，然后与数字本振复信号cos(2πfIFnT)+jsin(2πfIFnT)(T=fIF／fs)进行数字混频，获得I ／Q两路信号，将x(n)的频谱x(k)平移了fIF，此时原信号频率fIF的分量被移至零频处。

2. 滤波：通过数字滤波器滤除不必要的噪声成分，使信号频谱变得纯净。

3. 抽取：实现对滤波后信号的抽取。

若fs／B=D，得D为抽取因子，此时输出数据的采样频率缩小了D倍；又因为使用了高抽取抗混叠滤波器，此时的信号频谱是不会发生混叠的。

以上是fft法实现数字下变频的步骤，建议查阅数字信号处理相关书籍或咨询专业人士了解更多信息。