内插和数字上变频技术(07-100)

　　在软件无线电和测试仪器中，设计人员采用多种数字信号处理(DSP)技术来改善系统性能。内插法是一种DSP技术，可以用内插法提高数字信号采样率。在采用零差式上变频的收发器中，内插法可以改善模拟性能。此外，在外差(用中频)上变频中，需要使能带数字载波的混频基带信号。此称之为数字上变频。因此，内插法在现代通信系统中有一定的实用性。

　　本文将描述各种内插技术，选择内插法时的特殊考虑以及使用内插法的一些共同原因。特殊的内插法包括：线性内插法，零插入法，零阶保持法和频域插入。

　　线性内插法

　　线性内插法是提高信号采样率的最简单方法。采用此方法，在每对已有采样之间加一个线性拟合。然后，根据线性拟合得到新采样，插入在每对原采样之间。为了内插一个N倍信号，必须在每对原采样之间插入N-1个新采样。线性插入法的算法实现是相当简单的。然而，在每个采样间加一个线性拟合，所需的计算量比其他方法要多。因此，线性内插法不总是最好的方法。

　　零插入法

　　内插信号的第二种方法是“零内插”技术，是在每个原采样间内插零，增加波形的取样率。零内插处理增加了原信号的采样率(相对于它的基频分量)。为了增加‘N’量级波形采样率，必须在每个原取样间内插‘N-1’量级波形零采样。图1说明了信号零内插，示出零内插后的信号时域和频域。

　　在频域，零内插过程会产生失真分量，失真分量集中在原采样率的倍数处。因此，对于10MHz原正弦信号，将看到在90MHz，110MH，190MHz等图像(注意，在此特例中，加一个小的噪声到信号中来仿真更实际的现实环境)。

　　虽然零内插在较高频率引起失真，但在感兴趣的频率不引起失真。因此，可以用低通滤波器去除失真分量，使得在原信号带宽不产生失真。通常采用在0.5×原采样率处截止的数字有限脉冲响应(FIR)滤波器去除失真分量(见图2)。

　　如图2所示，低通滤波器衰减失真分量，并恢复原信号形状。此仿真所用滤波器是200抽头FIR(48MHz低通带，50MHz低阻带)。在时域，能够观察内插信号，看到原正弦信号形状已恢复。注意，因为，零内插恢复基音调功率增加1/N，所以，必须加数字增益来恢复信号幅度。

　　零阶保持法

　　内插的零阶保持技术很类似于上述介绍的内插法。零内插法工作是在每个原数据点之间加零，而零阶保持法简单地重复每个采样。类似于零内插，必须内插N-1个原采样拷贝来增加N倍采样率。