多相濾波的數(shù)字相干檢波原理及FPGA實現(xiàn)
介紹一種利用帶通采樣定理及多相濾波的方式實現(xiàn)數(shù)字相干檢波的方法,由于采用數(shù)字信號處理的方式獲取I、Q基帶信號,因此具有鏡頻抑制能力強、線性動態(tài)范圍大、系統(tǒng)設備簡單、一致性好等優(yōu)點。文章主要從理論及工程實現(xiàn)兩個方面展開論述。
1 基本原理
設某一數(shù)字濾波器的脈沖響應為h(n),則其Z變換H(z)定義為

對式(1)展開變換后,可得

令
則

式(2)即為數(shù)字濾波器H(z)多相濾波結構,顯然H(z)由D個EK(z),K=0,1,2,…,D-1分支濾波器構成,并且每個濾波器的階數(shù)為H(z)階數(shù)的1/D,這種多相濾波的結構不僅能夠提高系統(tǒng)實時處理能力,而且可以降低傳統(tǒng)濾波器濾波運算后的累計誤差。下面對多相濾波技術在數(shù)字相干檢波中的應用進行理論分析。
通常,對于載頻為fo的帶限(帶寬B)中頻信號,若以采樣率為fs=4fo/(2m+1),m=O,1,2,…,且fs≥2B對其采樣,通過符號修正及多相濾波的方式可準確獲得正交的兩路基帶信號,如圖1所示。

設信號x(t)=a(t)cos[2πfot+φ(t)],若以采樣率為fs=4fo/(2m+1),m=0,1,2,…,且fs≥2B對x(t)采樣后得到的采樣序列為

式中,
分別為信號的同向分量和正交分量,對x(n)進行奇偶分路和符號變換,可以得到

顯然,
和
分別為同向分量和正交分量的2倍抽取序列,容易證明
和
的數(shù)字譜為

式(7)和式(8)描述了正交解調后同向I及正交Q支路的頻譜,但二者的數(shù)字譜相差一個延遲因子
,這相當于在時域上相差O.5個采樣點,需要兩個延遲濾波器校正,這兩個濾波器需要滿足![]()
,兩路延遲濾波器需要具有相似的幅度或相位特性,保證、支路嚴格匹配。
理論分析知,可以采用多相濾波的方式從一原型低通濾波器中取出數(shù)字譜相差
的兩個支路分別對I、Q兩路延遲濾波,由于兩個濾波器是從同一個原型濾波器中抽取出來的兩個分支,因此具有相似的幅度及相位特性。













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