信息若以無線方式傳輸，必須經(jīng)過調(diào)制解調(diào)。傳統(tǒng)的調(diào)制方式包括模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。模擬調(diào)制中的基帶信號和載波都是模擬信號；而數(shù)字調(diào)制的基帶信號則為數(shù)字信號，載波仍然是模擬載波。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了基于直接數(shù)字頻率合成技術(shù)的新的“全數(shù)字”調(diào)制技術(shù)。之所以稱為“全數(shù)字”，是因為其基帶信號和載波全部都是時間離散的信號，完成調(diào)制的器件也是數(shù)字器件。

直接數(shù)字式頻率合成器（Direct Digital Frequency Synthesis簡稱DDS或DDFS)是近年來發(fā)展起來的一種新的頻率合成技術(shù)。它的主要優(yōu)點是：相對帶寬很寬、頻率轉(zhuǎn)換時間極短(可小于20ns）、頻率分辨率很高(典型值為0.001Hz)、全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成、輸出相位連續(xù)、頻率、相位和幅度均可實現(xiàn)程控。因此，能夠與計算機緊密結(jié)合在一起，靈活地實現(xiàn)多種通信調(diào)制方式。

典型的DDS由相位累加器、ROM波形存儲表、D/A變換器和低通濾波器組成。相位累加器由N位加法器與N位累加寄存器級聯(lián)構(gòu)成。ROM中存有一個周期的正弦或余弦函數(shù)的幅度值。相位累加器在參考時鐘的作用下，將頻率控制數(shù)據(jù)fr進行線性相位累加，當相位累加器累積滿量時就會產(chǎn)生一次溢出，完成一個周期性的動作，這個周期就是DDS合成信號的一個頻率周期，累加器的溢出頻率就是DDS輸出的信號頻率。

對于計數(shù)容量為2N的相位累加器和具有M個相位取樣的正弦波波形存儲器，若頻率控制字fr- K，則DDS系統(tǒng)輸出信號的頻率為，而頻率分辨率為。

基于DDS技術(shù)的調(diào)制器，一般還具有頻率寄存器、相位寄存器、調(diào)幅寄存器等單元。這些單元結(jié)合DDS中的基本單元可以非常方便地實現(xiàn)各種調(diào)制方式。目前，市場上已經(jīng)有很多種基于DDS技術(shù)的通信調(diào)制器產(chǎn)品，例如：AD公司的AD7008DDS芯片。

對于基帶信號，其帶寬一般較窄，因此在很多應用場合中都是根據(jù)Nyquist采樣定理，再結(jié)合工程實際，采用2.5～4倍的基帶信號最高頻率進行采樣，其采樣率記為。而作為載波的DDS輸出波形，其頻率相對較高，系統(tǒng)時鐘頻率更高。系統(tǒng)時鐘頻率即是載波的采樣率，因此，一般有。如果用基帶信號對載波進行正交調(diào)制，即是數(shù)字信號的相乘，要求基帶和載波應具有相同的數(shù)據(jù)速率。所以，在進行正交調(diào)制之前必須對基帶數(shù)字信號進行插值濾波，提高其數(shù)據(jù)速率。

提高基帶信號的數(shù)據(jù)速率有兩種途徑：一種是簡單的數(shù)據(jù)保持方法；另一種是嚴格的插值濾波法。

簡單的數(shù)據(jù)保持法是將序列的每一個采樣點做簡單的保持(或重復采樣)直到的下一個采樣點到來。這種近似的處理辦法相當簡單，只需一組寄存器即可實現(xiàn)，但在實現(xiàn)模擬調(diào)制時會帶來誤差。對于模擬調(diào)制，如果僅僅采用保持的辦法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)速率的提高，則會出現(xiàn)許多鏡像分量。以基帶信號采樣率，DDS系統(tǒng)時鐘頻率，將頻率為1.5KHz的正弦信號按DSB方式調(diào)制到20KHz，可得圖1。

圖1(a)為理想輸出信號的頻譜圖，圖1(b)為簡單保持法實際輸出信號的頻譜圖。由圖1(b)可見，其中幅值最大的為第一鏡像分量，只比所需的理想信號低約17dB。所有的的鏡像分量都是無用信號，會對有用信號造成干擾。所以，保持插值法實現(xiàn)起來雖然簡單，但效果不佳，只適合于數(shù)字調(diào)制方式或基帶信號帶寬很窄、對信號精度要求不高的場合。

嚴格的插值濾波是先經(jīng)過零值內(nèi)插，然后再濾波得到。待插值序列記為，插值之后的序列記為，內(nèi)插因子記為I，則有：

設(shè)零值內(nèi)插后得到序列為。經(jīng)過低通濾波變成。、、及其頻譜示于圖2中。

其中；

可見和的頻譜是相同的，只不過是以為周期，而則是以為周期罷了。要想從得到，只需將通過以為通帶邊緣頻率的低通濾波器即可。該低通濾波器可用FIR線形相位濾波器實現(xiàn)。按照網(wǎng)絡(luò)易位定理，可將FIR濾波器中的乘法運算移到低采樣率一側(cè)以減小計算工作量，得到其等效的高效結(jié)構(gòu)，如圖3。

當插值比I較大時，直接把采樣率工作一次完成，從計算工作量和存儲量來說，都不如經(jīng)過兩次或兩次以上轉(zhuǎn)換來得經(jīng)濟。因為如果設(shè)計的是FIR最佳等波紋濾波器，則濾波器階數(shù)既受通帶和阻帶容限的影響，又受過度帶寬和采樣率的影響。過度帶寬過小，決定了濾波器的階數(shù)將很高，最終引起計算量很大。而單級實現(xiàn)遇到的正是過度帶寬過小的問題。如果采用多級實現(xiàn)，每一級的過度帶寬變大，濾波器階數(shù)減小，最終計算量反而比單級實現(xiàn)更小。

插值濾波器中經(jīng)常用到一種稱為CIC的濾波器（Cascade Integrator-comb Filter 級聯(lián)梳狀濾波器）。CIC濾波器可以用來實現(xiàn)抽取器和內(nèi)插器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、規(guī)整，需要的存儲量小的優(yōu)點。由于它不需要乘法器，加之濾波器的所有系數(shù)均為1，而且利用積分環(huán)節(jié)減少了中間過程的存儲量，因此常常用在高速采樣(高速采樣使得乘法器個數(shù)太多)和插值比很大(插值比大使得FIR濾波器的階數(shù)過高，要存的系數(shù)太多)的場合。

CIC濾波器可以用DSP或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)來實現(xiàn)。但是DSP實現(xiàn)高速插值濾波有困難，而FPGA具有設(shè)計簡單、技術(shù)成熟、設(shè)計周期短以及VHDL語言中濾波器參數(shù)N、M、R修改容易等優(yōu)點。加之CIC濾波器具有不需要乘法器、寄存器個數(shù)要求較多的特點，正好符合FPGA的適用范圍。

在基于DDS技術(shù)的調(diào)制芯片產(chǎn)品中，已經(jīng)出現(xiàn)了集DDS和插值濾波器于一體的調(diào)制器。例如：AD公司的AD9856正交數(shù)字上變頻器、AD9853可編程數(shù)字QPSK/16—QAM調(diào)制器等以及Intersil公司的HSP50215數(shù)字上變頻器等產(chǎn)品。下面僅對AD9853可編程數(shù)字QPSK/16—QAM調(diào)制器做一簡要介紹。

AD9853調(diào)制器中實現(xiàn)插值濾波和調(diào)制功能的有關(guān)模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示：

I、Q支路中各有一個有41個抽頭的線性相位FIR濾波器，主要完成脈沖成形功能，以減小碼間干擾。濾波器的系數(shù)可編程，以實現(xiàn)任意的線性相位響應特征。信號通過該濾波器后，符號速率提高4倍。AD9853中I、Q支路各有兩級可編程CIC內(nèi)插濾波器。第一級內(nèi)插濾波器的內(nèi)插比從3到31；第二級內(nèi)插濾波器的內(nèi)插比從2到63。CIC濾波器的傳遞函數(shù)為：

其中，N為梳狀濾波器的級數(shù)，R為速率變換比，M為每級梳狀濾波器的延遲周期數(shù)。對于AD9853，N和M為固定值，分別為4和1；R可編程，以實現(xiàn)不同的內(nèi)插比。

CIC濾波器具有低通濾波特性，可將由FIR濾波器4倍內(nèi)插后帶來的周期性延拓的部分頻譜濾掉。但由于CIC濾波器的頻率響應在基帶信號頻段部分并非完全平坦，因此會給基帶信號帶來失真?；鶐盘枎捲綄?，這種誤差越大。但是因為CIC濾波器的頻率響應可以預測，故AD9853在FIR濾波器中通過增加預失真來彌補CIC濾波器的幅頻失真。

AD9853中實現(xiàn)內(nèi)插功能的有3級濾波器：FIR濾波器以及兩級CIC濾波器。由這3級濾波器可以實現(xiàn)從最小內(nèi)插比為24(=4*3*2)到最大內(nèi)插比為7812(=4*31*62)的內(nèi)插濾波。

經(jīng)過內(nèi)插濾波之后的信號，其數(shù)據(jù)速率已經(jīng)達到了DDS的時鐘速率。該信號再與DDS輸出的正交載波相乘再相加得以實現(xiàn)調(diào)制。實際上，AD9853中還帶有編、解碼器，可以實現(xiàn)FSK、QPSK、DQPSK、16-QAM、D16-QAM等多種調(diào)制樣式。

目前，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了很多基于DDS技術(shù)的通信調(diào)制器產(chǎn)品，為通信工程中調(diào)制解調(diào)部分的設(shè)計和實現(xiàn)提供了極大的方便和廣闊的選擇范圍。充分了解其中的技術(shù)構(gòu)成，有助于電信工程師們選擇和開發(fā)適合于其設(shè)計任務的芯片產(chǎn)品，以高效便捷地實現(xiàn)各種調(diào)制解調(diào)?！?/font>