In der digitalen Signalverarbeitung wandelt ein digitaler Abwärtswandler ( DDC ) ein digitalisiertes, bandbegrenztes Signal in ein Signal mit niedrigerer Frequenz und geringerer Abtastrate um, um die nachfolgenden Funkstufen zu vereinfachen. Dabei bleiben alle Informationen des ursprünglichen Signals im relevanten Frequenzband erhalten. Die Eingangs- und Ausgangssignale können reelle oder komplexe Abtastwerte sein. Häufig wandelt der DDC das rohe Funksignal oder die Zwischenfrequenz in ein komplexes Basisbandsignal um .
Architektur
Ein DDC besteht aus drei Unterkomponenten: einem direkten digitalen Synthesizer (DDS), einem Tiefpassfilter (LPF) und einem Downsampler (der in den Tiefpassfilter integriert sein kann).
Der DDS erzeugt eine komplexe Sinuswelle mit der Zwischenfrequenz (ZF). Die Multiplikation der DDS-Frequenz mit dem Eingangssignal erzeugt Spiegelbilder, die um die Summen- und Differenzfrequenz zentriert sind (was sich aus den Frequenzverschiebungseigenschaften der Fourier-Transformation ergibt). Die Tiefpassfilter lassen die Differenzfrequenz (Basisbandfrequenz) passieren und unterdrücken das Spiegelbild der Summenfrequenz. Dadurch entsteht eine komplexe Basisbanddarstellung des ursprünglichen Signals. Bei geeigneter Wahl der ZF- und der Bandbreite des Tiefpassfilters ist das komplexe Basisbandsignal mathematisch äquivalent zum ursprünglichen Signal. In dieser Form lässt es sich leicht herunterabtasten und ist für viele DSP-Algorithmen besser geeignet.
Es können beliebige geeignete Tiefpassfilter verwendet werden, darunter FIR- , IIR- und CIC- Filter. Am häufigsten wird ein FIR-Filter für geringe Dezimierungsraten (unter zehn) oder ein CIC-Filter gefolgt von einem FIR-Filter für größere Downsampling-Raten eingesetzt.
Variationen
Mehrere Varianten des DDC sind nützlich, darunter viele, die ein Rückkopplungssignal in den DDS einspeisen. Dazu gehören:
- Entscheidungsgesteuerte Trägerwiederherstellungs -Phasenregelschleifen, in denen I und Q mit dem nächstgelegenen idealen Konstellationspunkt eines PSK- Signals verglichen werden und das resultierende Fehlersignal gefiltert und in das DDS zurückgeführt wird.
- Eine Costas-Schleife, in der I und Q multipliziert und tiefpassgefiltert werden als Teil einer BPSK/QPSK-Trägerwiederherstellungsschleife
Durchführung
DDCs werden am häufigsten in Logikschaltungen von FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) oder anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs) implementiert . Obwohl auch Software-Implementierungen möglich sind, laufen die Operationen in den DDS, Multiplizierern und Eingangsstufen der Tiefpassfilter alle mit der Abtastrate der Eingangsdaten. Diese Daten werden üblicherweise direkt von Analog-Digital-Wandlern (ADCs) mit Abtastraten im Bereich von zehn oder hundert MHz erfasst.
CORDICs stellen eine Alternative zur Verwendung von Multiplizierern bei der Implementierung digitaler Abwärtswandler dar. [ 1 ]
Referenzen
- ^ Loehning, M.; Hentschel, T.; Fettweis, G. (2000). Digitale Abwärtskonvertierung in Software-Funkgeräten . 10. Europäische Konferenz für Signalverarbeitung (EUSIPCO 2000). S. 1517–1520 .