1．目的及意义

中频信号是指一种中间频率的信号形式，相对于基带信号和射频信号来讲，中频可以有一级或多级，它是基带和射频之间过渡的桥梁。数字中频信号处理是数字信号处理的基础，现已成为数字信号处理系统的核心，尤其在数字通信、网络、视频和图像处理等领域，它主要包含数模转换、调制、解调和上下变频功能。随着集成电路技术的发展，数字中频信号处理系统已被广泛地应用于电话、导航、工业控制、医疗领域、个人数字助理、智能玩具等各个领域，给人类的生活方式带来了巨大的影响。

自数字化信息处理诞生以来，有限冲击响应技术（FIR）、级联梳状积分技术（CIC）、半带滤波技术（HB）、动态贝叶斯网络等技术在中频信号处理中的应用大大推动了该领域相关技术的发展。Yingying Du在2016的IEEE国际信号和图像处理会议上提出了一种基于多相滤波结构的数字下频设计，首先进行奇偶提取和符号校正，其次利用延时滤波器进行更新，最后提取后输出基带信号。Qingfeng Jing等人在2019年欧洲无线通信和网络期刊中提出主要基于抽取和插值的数字变频器的设计实现，并在此基础上分别对普通的有限冲击响应（FIR）滤波器和高效数字滤波器进行了讨论，设计出了基于FPGA开发板的多级级联数字中频信号处理系统。 相对而言，我国对于数字中频信号处理的研究虽然比国外起步晚，但近几年发展十分迅速。20世纪90年代，清华大学宗孔德教授提出数字中频信号处理系统的基本理论与实现方式，为近几年国内学者的研究奠定了基础。2015年邢立冬提出一种新的多相插值滤波器结构，结合并行结构数字控制振荡器（NCO），设计了拥有更好性能和更大灵活性的数字上变频方法。2017年罗昀等人介绍了一种基于本地振荡器、混频器、低通滤波器和抽取器组成的数字下变频器原理，给出了能够降低运算工作量的多相滤波器处理结构和分布式算法。新型数字变频器的研究，使信号处理性能有所提高并逐渐广泛应用。至今我国科研人员仍主要致力于把各类数字中频信号处理应用于各类产品的开发和研制。

数字中频处理技术在可用资源较多、运算能力强的设备上的应用己较为成熟，其处理效果也己经很好，但是在硬件资源有限、运算能力相对较弱的嵌入式平台上仍然面临一些问题，选择合适的算法并进行配置以节省硬件使用、减少计算量己经成为必须考虑的问题。数字中频处理常采用的模块有：振荡器，滤波器和抽取或插值器。对于一般的数字振荡器，难以在速度、精度、资源方面兼顾，而采用基于CORDIC算法设计的振荡器方案无需使用乘法器，它只需要一个最小的查找表（LUT），利用简单的移位和相加运算，即可产生高精度的正余弦波形。对于滤波器的实现，本文拟采用积分梳状（CIC）和FIR级联的组合技术，采用分布式算法实现，大大节省内部资源的占用，提高了中频信号处理的效率。此外，本次设计提出以MATLAB对算法进行验证，并与Quartus进行整体仿真相结合的方式，把计算、绘图及动态系统仿真等功能有机的融合在一起，其语法结构简单，数值计算高效。特别是MATLAB中的FDATool等滤波器设计工具，也便于较低成本的设计出数字中频信号处理器。

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2. 研究的基本内容与方案

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本次设计主要针对数字中频信号处理技术，完成数字上、下变频器和调制解调模块的设计，并且按照系统要求进行配置。

为了防止中频信号处理过程中过滤的载波信号发生混叠，先将高频的信号进行正交混频，然后把信号进行矢量分解。利用已知周期和频率的数字振荡器（NCO），产生正、余弦两路信号并分别与感兴趣信号相乘，把信号分解为频率相同、峰值幅度相同但相位相差90度的两个分量。获得两路正交信号，然后再去除冗余的复频谱信号，只保留正频谱信号，从而方便进一步的变频处理。在数字上变频（DUC）、数字下变频（DDC）中，采用积分梳状（CIC）滤波器和FIR滤波器进行级联的技术。其中，对CIC滤波器进行多级插值或抽取实现，采用3倍内插4级的实现方式和3倍抽取4级的实现方式；采用并行分布式算法实现FIR，将它作为补偿滤波器。在采用FIR滤波器进行滤波，保证幅频的线性和稳定性后，再对离散的信号按照一定的间隔，进行取值或者插值，并保留所抽取或插值后的信号作为新的信号，用这种方法来改变信号中信息的含量，便于处理器处理或者发射到空气中。最后，本设计将在MATLAB中对各个模块进行算法验证，然后与Quartus相结合进行整体仿真，测试滤波器性能。