[發(fā)明專利]一種寬頻帶數(shù)控振蕩信號生成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310380156.2
• 申請日: 2013-08-27
• 公開（公告）號: CN103427837A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟橋;于泉濤;陳從顏;平勁松;朱磊;鞠慶
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種數(shù)字振蕩器的設(shè)計方法，更具體的講，涉及用于無線電接收機的，基于相同數(shù)值點的取代技術(shù)的正余弦函數(shù)表的數(shù)控振蕩器的設(shè)計方法。

背景技術(shù)

數(shù)控振蕩器（NCO，Numerically?Controlled?Oscillator）在無線電接收其同種有重要應(yīng)用。比如高速采樣的信號進入數(shù)字電路進行數(shù)字下變頻器中，數(shù)控振蕩器是其中的重要組成部分，用于提供可變的本地振蕩信號。由于頻率分辨率高、頻率切換方便，方便數(shù)字實現(xiàn)等優(yōu)點，數(shù)控振蕩器應(yīng)用于無線電地面接收機的內(nèi)部的數(shù)字電路方面。

如圖1，數(shù)控振蕩器包括相位累加器和函數(shù)發(fā)生器兩大部分。數(shù)字實現(xiàn)時，地址累加器對給定的輸入頻率控制字進行累加，在采樣時鐘下得到對應(yīng)相位的地址。函數(shù)發(fā)生器就是一張正弦函數(shù)表，根據(jù)得到的地址進行查表，得到對應(yīng)相位的正弦函數(shù)值。重復(fù)此過程，得到給定頻率的正弦序列。

高速數(shù)字信號處理中，經(jīng)常需要高速采樣信號進行下變頻，需要用到高頻率精度、高頻率分辨率的數(shù)控振蕩器。常見的查表法能夠?qū)崿F(xiàn)高頻率精度、高分辨率的數(shù)控整蕩器，但是它需要的正弦函數(shù)表的長度L₀＝(f_s/Δf)·N，其中f_s是數(shù)據(jù)采樣頻率，Δf是頻率分辨率。在分辨率要求高的時候，需要的容量會變得很龐大。高速數(shù)據(jù)處理f_s通常達到100MHz以上，高分辨率時Δf在1Hz以下，長度L在1×10⁸，這樣大量的數(shù)據(jù)在目前的高速數(shù)字電路（FPGA等）上難以實現(xiàn)存儲。

另外一個常見的能夠節(jié)省資源的數(shù)控振蕩器的構(gòu)造方法是CORDIC算法，它可以旋轉(zhuǎn)模式作為直接數(shù)字頻率合成（DDS）的實現(xiàn)，使用較少的資源。但是，在用FPGA硬件實現(xiàn)時，由于大量采用的定點算法，完成其中的三角函數(shù)和反三角函數(shù)的計算時會出現(xiàn)一些微小的、不確定的截斷誤差，難于達到高頻率精度。例如，用16位字長，按f_s＝100MHz、Δf＝1Hz產(chǎn)生f＝50MHz的正弦信號，實測的頻率偏差約為5mHz。雖然其相對誤差達到10^-10，但是在一些深空測控等高要求的實際應(yīng)用場合中，不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明提供一個在有限硬件資源條件下，實現(xiàn)高頻率精度、高分辨率，可以降低數(shù)控振蕩器對數(shù)字硬件資源消耗的寬頻帶數(shù)控振蕩信號生成方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的寬頻帶數(shù)控振蕩信號生成方法，包括以下步驟：

1）根據(jù)下式求出理論上滿足頻率分辨率要求的函數(shù)查找表的長度L₁：

L₁＝f_s/Δf，其中，f_s為系統(tǒng)工作時鐘頻率，Δf為系統(tǒng)要求的數(shù)控振蕩器的頻率分辨率；

然后生成L₁長度的正弦函數(shù)序列x₁(n)，即n＝0,1,…L₁-1。

2）根據(jù)系統(tǒng)要求的信噪比SNR，利用公式確定數(shù)控振蕩器的輸出位數(shù)N。

3）根據(jù)下式計算出所需的數(shù)控振蕩器查找表長度L₂：

L₂＝(2^Nπ)，其中N為數(shù)控振蕩信號的位數(shù)N；

然后確定最大的抽取系數(shù)D_max＝L₁/L₂。

4）按照如下條件確定抽取系數(shù)D：且D為2的整數(shù)次冪。

5）按照抽取系數(shù)D，對步驟1）中生成的正弦函數(shù)序列x₁(n)進行均勻抽取，得到抽取后長度為L的函數(shù)序列x(i)，即x(i)＝x₁(1+D·i)，i＝0,…L-1，

6）將步驟5）生成的函數(shù)序列x(i)根據(jù)步驟2）確定的數(shù)控振蕩信號的位數(shù)N，對步驟5）中抽取后的函數(shù)序列x(i)進行量化，將得到的量化后的函數(shù)序列的值保存到函數(shù)查找表內(nèi)。

7）按照下式計算相位累加的步長λ：

其中，f為輸出信號的頻率值；

然后對相位進行步長為λ的累加，生成相位值，將相位值作為長度為L₁的函數(shù)查找表的地址。

8）在地址截取器對步驟7）生成的函數(shù)查找表的地址進行截取，即把步驟7）生成的函數(shù)查找表的地址中低位的log₂D位去掉，得到截取后的地址。