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DF仿真的背后,隐藏着采样定理

14小时前浏览2

(1)

昨天有课程号友问到DF仿真的一点点困惑。

我那些在学校里学数字信号处理的知识也全忘光了,有时候真想把大学的课程都再重新看一下,但是越学越觉得自己的能力太有限
Anyway,号友问到这个问题了,所以,把以前这篇文章拎出来,再发一下。

(2)

说到SystemVue的采样率,个人认为,初次接触的时候,还是觉得难以理解的。

因为,在整个链路中,有很多可以设置采样率的地方,DF仿真器上有,器件设置的参数上有时候也有,然后还有各种可以改变采样率的部件。

好在,把DF上的Display Data Flow information选上,SystemVue可以把链路中各个部件的实际samplerate给显示出来,方便我们来辨别。

(3)

为什么会有SampleRate呢?

SystemVue,在进行DF仿真的时候,还是基于离散信号和离散系统的。

所以,仿真的时候,采样定理一直在背后起着作用。

假设我们有调制信号,载波频率为f0,信号带宽为2B,那么如果直接对该调制信号进行仿真,则要求采样率fs>2*(f0+B)。而f0一般频率会比较高,那此时对应的采样数据会很多,仿真处理起来,就会费时费力。

所以,仿真软件给了另外一种选择,就是采用复包络信号,即complex envelope。

比如,下面的osc器件,输出的就是complex envelope信号,如下图①所示,如果用sink来看数据的话,其包络和fc是分开表示的,如下图②所示。

这点,前年刚接触SystemVue的时候,也是云里雾里,得亏号友指导,用sink把数据调出来,然后分析分析。

(4)

那什么是complex envelope信号呢?

下面是SystemVue给出的定义。

现在我试着结合【1】,来对上面SystemVue的help文件中的定义做一些解释。

在射频系统设计中涉及的信号通常是在带通系统中的已调载波,可以通过同相和正交分量来表示,是一个实信号,即上图中的①。

这个也比较容易理解,比如QPSK调制,一般都采用下面的架构来获得。

就如上面所说,x(t)是一个实信号,是一个载波频率为f0的带通信号,直接仿真的话,数据量会很大。

所以,在仿真软件里,提供了另一个选项,即通过低通等效来简化。

x(t)可以写成:

m(t)就是简化的低通等效,带宽为2B。对m(t)仿真时,采样率均在2B这一量级上,所以仿真时候的数据量显著降低。

怎么获得这个complex envelope信号呢?

就如SystemVue中的定义所示,利用x(t)的Hilbert transform。

(5)

参考文献:

【1】Qizheng Gu,RF System Design of Transceivers for Wireless Communications,2.1.4


来源:加油射频工程师
System芯片通信
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-05-17
最近编辑:14小时前
加油射频工程师
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射频人学基带(8)--DDS

碎碎念把心静下来看新东西,效率还是可以的,也比较容易看懂。以后还是要听理智脑,心情浮躁的时候,索性就换件事情做做,要不然就是恶性循环,身心俱疲。上周文章发了以后,两位老师在下面留言,说,要用硬件的思维去看FPGA程序。当时看到这个留言的时候,想,那我应该有优势啊,因为我压根不懂什么软件思维,那硬件思维不管有多差,总还是占上风的。今天,看程序的时候,始终提醒自己这点,对着DDS的硬件框图,再结合deepseek,哐哐哐,然后看懂了,哈哈哈! 动动手指,关注公众 号并加星标哦(1)DDS,全称是Direct Digital Synthesis,翻译成中文,就是直接数字频率合成器。PPT中的fo,是指输出频率;fc是指时钟频率;M是频率控制字;N是相位累加器的位宽。sin函数的一个周期内,相位从0变化到2π。相位累加器的位宽为N,则代表把相位分割成2^N份,比如说位宽为2, 那么00代表相位0,01代表相位π/2,10代表相位π, 11代表相位3π/2,当11再加1时候,为100(二进制),最高位为1,发生溢出,产生脉冲。课程中的FPGA程序,就是以此脉冲为输出。(2)相位累加器,如上面PPT中所示,是由N位的加法器和N位相位累加寄存器构成,每个时钟周期,加法器将频率控制字M与累加寄存器的值相加,将新的相位结果存入寄存器,作为下一周期的输入。FPGA程序即是以此电路,来进行设计的。这样就相当于相位累加器是一个模为M的计数器,每来一个时钟,相位累加器就增加M。(3)那上面的时钟、频率字之间的关系式,大概是怎么来的呢?尝试用下面一张图来演示一下。上面是用时钟的频率来描述关系式,不过我觉得,在推导关系式的时候,从时钟的周期来演示,可能会更加直观一点。参考文献:[1] https://en.wikiped ia.org/wiki/Sine_wave[2] https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/articles/all-about-direct-digital-synthesis.html 来源:加油射频工程师

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