基于中频数字化技术的频谱分析的研究
摘要
随着微电子技术、数字信号处理技术和计算机技术的发展，频谱分析技术正
在进行深刻的变革。数字化﹑软件化是频谱分析的发展趋势。
数字中频处理过程就是将数字化处理向射频输入前端靠近，直接将射频模拟
信号变换成数字中频信号，再经过数字下变频、数字滤波等处理，最终转换成数
字基带信号的过程,这时候再对基带信号进行谱分析，这种频谱分析具有测量速度
快和实时性强的优点。
本文提出了基于中频数字化技术的频谱分析的整个架构，它包括模数转换、
抽取滤波、中频处理、频谱分析四大模块。在模数转换模块里比较了奈奎斯特
（Nyquist）采样、正交采样、带通采样和 Sigma Delta(∑ -?)采样等方法的优缺点。
在抽取滤波模块里主要介绍了整数倍抽取技术及其多相滤波结构。在中频处理模
块介绍了直接采样进行正交相干检波的各种方法和数字下变频技术，并给出了数
字下变频中 CIC 滤波器，半带滤波器，FIR 滤波器的设计方法，在 Matlab 上进行
了仿真。在频谱分析模块里介绍了一种适合于硬件处理的基 2FFT 算法和频谱分析
中的细化技术，加窗技术，最终在 TMS320C6000（6711 芯片）的开发平台上实
现了 FFT 的频谱分析，实验结果良好。
With the development of the technologies of micro-electronics,digital signal
processing and computer, the technique of frequency spectrum analysis has had
profound changes. To make it digital and be realized by softwares is a trend for
spectrum analysis.
Digital IF processing is the process that RF analog signal is changed into digital
signal,then become to base band signal through DDC and digital filters.there have
specrum analysis on base band signal.This method of spectrum analysis is used rapidly
and efficiently.
The whole structure of the spectrum analysis based on the digital IF is presented in
this paper,including four parts of ADC, multi-rate signal processing ,digital IF
processing and frequency spectrum analysis .The part of ADC discusses the advantages and
disadvantages of several technologies of sampling such as Nyquist sampling,
perpendicular sampling,band-pass sampling and Sigma Delta sampling.In the part of
multi-rate signal processing,there intrduced decimation with integral factors and the
sructure of multiphase filtering. The technologies of quadrature coherent detection of IF
sampling and digital down conversion are presented in the three part of digital IF
processing. The designs and simulations of CIC filters, HB filters, FIR filters of the
structure is also given. The algorithms of radix-2 FFT,the digital frequency conversion
and multiplying window are proposed in the last part of frequency spectrum analysis.
Finally the FFT spectrum analysis is realized on the DSK of TMS320C6000(6711)，
the experimental results are good.
在进行深刻的变革。数字化﹑软件化是频谱分析的发展趋势。
数字中频处理过程就是将数字化处理向射频输入前端靠近，直接将射频模拟
信号变换成数字中频信号，再经过数字下变频、数字滤波等处理，最终转换成数
字基带信号的过程,这时候再对基带信号进行谱分析，这种频谱分析具有测量速度
快和实时性强的优点。
本文提出了基于中频数字化技术的频谱分析的整个架构，它包括模数转换、
抽取滤波、中频处理、频谱分析四大模块。在模数转换模块里比较了奈奎斯特
（Nyquist）采样、正交采样、带通采样和 Sigma Delta(∑ -?)采样等方法的优缺点。
在抽取滤波模块里主要介绍了整数倍抽取技术及其多相滤波结构。在中频处理模
块介绍了直接采样进行正交相干检波的各种方法和数字下变频技术，并给出了数
字下变频中 CIC 滤波器，半带滤波器，FIR 滤波器的设计方法，在 Matlab 上进行
了仿真。在频谱分析模块里介绍了一种适合于硬件处理的基 2FFT 算法和频谱分析
中的细化技术，加窗技术，最终在 TMS320C6000（6711 芯片）的开发平台上实
现了 FFT 的频谱分析，实验结果良好。
With the development of the technologies of micro-electronics,digital signal
processing and computer, the technique of frequency spectrum analysis has had
profound changes. To make it digital and be realized by softwares is a trend for
spectrum analysis.
Digital IF processing is the process that RF analog signal is changed into digital
signal,then become to base band signal through DDC and digital filters.there have
specrum analysis on base band signal.This method of spectrum analysis is used rapidly
and efficiently.
The whole structure of the spectrum analysis based on the digital IF is presented in
this paper,including four parts of ADC, multi-rate signal processing ,digital IF
processing and frequency spectrum analysis .The part of ADC discusses the advantages and
disadvantages of several technologies of sampling such as Nyquist sampling,
perpendicular sampling,band-pass sampling and Sigma Delta sampling.In the part of
multi-rate signal processing,there intrduced decimation with integral factors and the
sructure of multiphase filtering. The technologies of quadrature coherent detection of IF
sampling and digital down conversion are presented in the three part of digital IF
processing. The designs and simulations of CIC filters, HB filters, FIR filters of the
structure is also given. The algorithms of radix-2 FFT,the digital frequency conversion
and multiplying window are proposed in the last part of frequency spectrum analysis.
Finally the FFT spectrum analysis is realized on the DSK of TMS320C6000(6711)，
the experimental results are good.
引文
[1]Robert A.Writte.电子测量仪器—原理与应用。何小平译。第 1 版。北京：清华大学
出版社 1995
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[4]杨小牛 软件无线电原理与应用 北京：电子工业出版社，2000
[5]张予 GSM/EDGE 基站系统直接中频数字化接收机 无线电通信技术，2001 （1）：
20-23
[6]梅杓春，王勇. 现代电信仪表原理与应用. 人民邮电出版社. 1998.
[7]频谱分析仪讲座 http://www.eeplace.com.
[8]孙隆庆 频谱分析与频谱测量 人民邮电出版社 1982
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[10]Agilent ESA-E 系列频谱分析仪 http://www.agilent.com.cn.
[11]黄葆华. 基于欠采样技术的软件单边带接收机. 移动通信. 2002,4.
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Sampling. IEEE Transactions on Signal Processing. Vol.39, No.9,
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[14]徐健东 杨世泰 吴淑泉 无线电台中频数字化研究 ，移动通信 2000，1
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[16]郑剑泉等 用软件无线电方法实现中频信号的数字化接受解调 电子工程师
2002,10 Vol.28
[17]孙增军，胡延平 周晨阳 软件无线电设计的 A/D 采样分析 现代电子技术 2003,10
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参考文献 45
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[31] 魏崇毓 对中频信号直接实现数据采样的讨论 数据采集与处理
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[32]董晖 姜秋喜 毕大平等 数字接受集中基于TMS320C6416的数字下变频技术 通
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[33]郭福成 黄甫堪 李纲 数字下变频实现技术研究 国防科技大学学报
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[34]李玉柏 彭启琮 软件数字下变频的实现与算法分析 通信学报 2000 No.10
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46 基于中频数字化技术的频谱分析的研究
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(HSP50124,HSP50214A and HSP50214B) Application Note.
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[43]赵树杰 史林 数字信号处理 西安电子科技大学 1997
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[48]苏亚璇 频谱测量中分辨力带宽和视频滤波带宽的选择 测量和设备 2002,10
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[48]苏亚璇 频谱测量中分辨力带宽和视频滤波带宽的选择 测量和设备 2002,10
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2003