В этом примере показано, как моделировать стационарное поведение цифрового понижающего преобразователя с фиксированной точкой для преобразования основной полосы частот GSM (Global System for Mobile). В примере модели используются блоки Simulink ® и DSP System Toolbox™ для эмуляции работы цифрового понижающего преобразователя (DDC) TI GC4016 Quad.
DDC выполняет:
Цифровое смешение (понижающее преобразование) входного сигнала
Узкополосная низкочастотная фильтрация и прореживание
Регулировка усиления и окончательная повторная выборка потока данных
В этой модели DDC принимает полосовой сигнал с высокой частотой дискретизации (69,333 MSPS). DDC выдает сигнал основной полосы частот с низкой частотой дискретизации (270,83 KSPS), готовый к демодуляции.
Вы можете переключаться между чирпом и синусоидальным сигналом, используя GSM Source блок в примерной модели. Этот блок можно заменить другим источником для моделирования приложения, однако потребуется настроить параметры подсистем микшера в нисходящем направлении.
Чтобы гарантировать, что исходный сигнал GSM будет принят и смешан с минимальной ошибкой, необходимо настроить Normalized Tuning Freq Register Value и Normalized Phase Offset Register Value.
Поскольку в этом примере моделируется цифровой понижающий преобразователь TI GC4016 Quad, эти значения должны быть введены в определенном формате. Normalized Tuning Freq Register Value должен быть знаком двухразрядного целого числа, представляющего нормализованный диапазон между 0 и частотой дискретизации. Используйте положительные значения частоты для преобразования вниз. Normalized Phase Offset Register Value должно быть беззнаковым 16-битным целым числом, также представляющим нормализованный диапазон. Для получения дополнительной информации см. документацию по цифровому понижающему преобразователю TI GC4016 Quad и панель инструментов DSP System Toolbox NCO справочная документация по библиотечным блокам.
Просмотрите область реальных выходных данных цифрового смесителя и область сравнения выходных данных смесителя, чтобы сравнить выходные данные реализации смесителя на основе NCO с выходными данными реализации смесителя на основе CORDIC. Обе реализации могут быть выполнены для получения одинаковых выходных значений, однако выбор реализации в значительной степени основан на доступных аппаратных ресурсах и ограничениях производительности. Как правило, подходы, основанные на NCO, позволяют сопоставить размер таблицы поиска (ресурсы памяти, доступные только для чтения) с производительностью скорости, в то время как подходы, основанные на CORDIC, могут компенсировать производительность для меньших ресурсов памяти, основываясь на количестве необходимых итераций ядра CORDIC.
Посмотрите на выходные данные блока анализатора косинусного спектра NCO, чтобы увидеть влияние настройки параметров блока подсистемы микшера на основе NCO.
Возбуждение
Для распределения ложных частот по доступной полосе пропускания можно добавить сигнал сглаживания к значениям фазы аккумулятора. В этом примере сигнал сглаживания генерируется генератором ПШ последовательности, состоящим из двоичных регистров сдвига и логических элементов исключающего или (внутренних для блока NCO). Количество разрядов сглаживания определяется автоматически
number of dither bits = accumulator word length - table address word length
При увеличении числа разрядов сглаживания сверх оптимального значения уровень шума начинает расти. При уменьшении числа разрядов сглаживания ниже оптимального значения появление ложных частот уменьшит ложный свободный динамический диапазон системы NCO.
Для получения дополнительной информации см. инструментарий системы DSP NCO справочная документация по библиотечным блокам.
Посмотрите на выходные данные блока CORDIC Cosine Spectrum Analyzer, чтобы увидеть влияние настройки параметров блока подсистемы микшера на основе CORDIC.
Фазовый аккумулятор с генератором сглаживания
Фазовый аккумулятор с генератором сглаживания вычисляет угол Theta ввод функции CORDIC Complex Rotate. Посмотрите на выходные данные блока CORDIC Cosine Spectrum Analyzer, чтобы увидеть эффекты настройки фазового аккумулятора с параметрами подсистемы генератора сглаживания.
Как и в описанном выше микшере на основе NCO, можно добавить сигнал сглаживания к значениям фазового накопителя для расширения ложных частот по всей доступной полосе пропускания. Сигнал сглаживания генерируется генератором ПШ последовательности, состоящим из двоичных регистров сдвига и логических элементов исключающего или (внутренних для фазового аккумулятора с генератором сглаживания). Количество битов сглаживания было выбрано равным 15, чтобы точно соответствовать характеристикам косинусного спектра микшера на основе NCO.
КОРДИК Комплекс Поворот
Вычисления CORDIC Complex Rotate u * exp(j*theta) используя алгоритм вращения CORDIC. Обратитесь к документации по Fixed-Point Designer™, чтобы узнать о CORDICROTATE функция. Также обратитесь к приведенным ниже ссылкам для получения дополнительной информации об использовании подходов цифрового микшера на основе CORDIC.
Блоки CIC Decimator, Compensation FIR и Programmable FIR используются вместе для достижения:
Высокий коэффициент прореживания
Сглаживание затухания
Специфичная для приложения фильтрация
Для визуализации и анализа фильтров можно использовать конструктор фильтров. Для получения дополнительной информации о конструкторе фильтров см. документацию по Toolbox™ обработки сигналов.
Двойной щелчок по блоку CIC Decimator в примерной модели позволяет просмотреть реализацию фильтра. Для настройки DDC можно изменить фильтр CIC путем редактирования параметров блока децимации CIC.
Фильтры прореживания CIC реализуются с использованием арифметики переполнения целых чисел для выполнения прореживания в рамках их каскадных интеграторно-гребенчатых структур. Этот тип фильтра экономичен для реализации на аппаратных средствах, таких как FPGA и ASIC, так как требуется только суммирование; умножение не требуется. Для получения дополнительной информации о фильтрах CIC см. ссылки ниже.
Компенсационный блок КИХ регулирует скатывание полосы пропускания КИС, а программируемый блок КИХ фильтрует сигнал для удовлетворения требований спектральной маски основной полосы частот GSM. Можно настроить коэффициент усиления и коэффициенты этих фильтров.
Входной коэффициент усиления компенсационного КИХ-фильтра устанавливается через COARSE параметр усиления. Цифровой понижающий преобразователь TI GC4016 Quad требует ввода от COARSE параметр для сдвига выходного сигнала фильтра CIC на 0 - 7 бит в соответствии с 2^COARSE. Таким образом, можно ввести 0-7 для COARSE параметр усиления в маске блока грубого усиления.
Коэффициент усиления на выходе программируемого блока FIR устанавливается через FINE параметр усиления. Цифровой понижающий преобразователь TI GC4016 Quad требует ввода от FINE параметр сдвига сигнала на 1 - 4 бита в соответствии с FINE/1024. Таким образом, вы можете ввести 1 кому 16383 для FINE параметр усиления в маске блока точного усиления.
Этот последний этап DDC может использоваться для изменения скорости выхода DDC в соответствии с частотой основной полосы частот на входе демодулятора конкретной системы. Блок преобразования скорости - это фильтр с фиксированной точкой, который действует аналогично блоку преобразования скорости FIR в панели инструментов системы DSP. Блок преобразования курса NDELAY параметр является коэффициентом интерполяции, и NDEC параметр - коэффициент прореживания.
Для наблюдения и анализа результатов моделирования можно использовать области и инструмент «Фиксированная точка».
Объемы
Дважды щелкните блок Области в модели примера, чтобы получить доступ к следующим областям:
Спектр косинусов NCO
Спектр косинусов CORDIC
Цифровой микшер реального выхода
Сравнение выходных данных смесителя
Выход дециматора CIC
Выход КИХ компенсации
Программируемый выход FIR
Выход ресамплера
Инструмент с фиксированной точкой
Вызовите для примера интерфейс Инструмент с фиксированной точкой (Fixed-Point Tool), перейдя в меню Анализ (Analysis) и выбрав Инструмент с фиксированной точкой (Fixed-Point Tool). Этот интерфейс позволяет просматривать максимальные значения, минимальные значения и переполнения для блоков с фиксированной точкой в любой подсистеме в модели примера. Дополнительные сведения об инструменте «Фиксированные точки» см. в документации Simulink and Fixed-Point Designer™.
Более подробную информацию о фильтрах ЦВК можно найти здесь:
Хогенауэр, Э. Б., «Экономичный класс цифровых фильтров для децимации и интерполяции», Транзакции IEEE ® по акустике, речи и обработке сигналов, ASSP-29 (2): 155 - 162, 1981.
Дополнительную информацию о преобразовании с понижением частоты на основе CORDIC можно найти здесь:
Лонинг, М., Хентшель, Т. и Феттвейс, Г., «Цифровое понижающее преобразование в программных радиотерминалах», Труды десятой Европейской конференции по обработке сигналов (EUSIPCO), 1517 - 1520, 2000.
Valss, J., Sansaloni, T., Perez-Pascual, A., Torres, V. и Almenar, V. «Использование CORDIC в программно определяемых радиоприемниках: учебное пособие», IEEE Communications Magazine, 46 - 50, сентябрь 2006.
Янг, С., Ву, З. и Рен, Г., «Проектирование и внедрение цифрового приемника FSK IF на основе FPGA», 1-й Международный симпозиум по системам и управлению в аэрокосмической и астронавтике (ISSCAA), 819 - 821, январь 2006.
Andraka, Ray, «Обзор алгоритма CORDIC для компьютеров на основе FPGA», Труды шестого Международного симпозиума ACM/SIGDA 1998 года по полевым программируемым вентилям, 191-200, 22-24 февраля 1998 года.
Вольдер, Джек Э., «Техника тригонометрических вычислений CORDIC», IRE Transactions on Electronic Computers, том EC-8, 330 - 334, сентябрь 1959.