Realizzazione di un down converter riconfigurabile con dispositivi Fpga per ricevitori multistandard

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1.2 Definizione del Software Radio, Suoi Obiettivi 
 
Una rigorosa ed esatta definizione dei concetti del SDR non esiste ancora, sebbene 
diverse fonti ci spieghino che cosa si intenda per SDR [18,19,20,21,22]. I punti fondamentali 
si possono sintetizzare nei seguenti: 
• Architettura in Tx/Rx flessibile, controllabile e programmabile via software; 
• Capacità di sostituire gran parte delle funzionalità radio tramite elaborazione 
digitale dei segnali; 
• Architettura radio riconfigurabile dinamicamente tramite download; 
• Realizzazione via Software di terminali multi modo/multi standard; 
• Transceiver che possa essere definito dal software: 
™ Ampiezze di banda del canale radio e bande di frequenza; 
™ Modulazione e schemi di codifica; 
™ Risorse radio e protocolli di gestione della mobilità; 
™ Applicazioni dell’utente; 
 
Tutti questi parametri possono essere adattati e cambiati da: 
• Operatori di Rete; 
• Fornitore di Servizi; 
• Utente finale; 
 
La flessibilità del SDR risiede nella sua abilità di operare in ambienti “multi servizio” 
senza essere vincolato ad adottare uno specifico standard, ma potendo offrire servizi ad ogni 
sistema standardizzato ed a quelli futuri, in ogni banda di frequenza. 
La compatibilità del SDR con ogni sistema mobile è garantita dalla riconfigurabilità, 
che in tempo reale implementa un’interfaccia radio a qualsiasi livello della coda di protocollo. 
Tuttavia la realizzazione di un SDR perfettamente identificato con la definizione teorica 
è a tutt’oggi una pura utopia, in quanto un tale progetto si scontra con problemi tecnologici 
ancora lontani dall’essere risolti. I due principali obiettivi che devono essere ottenuti per la 
realizzazione di un sistema SDR sono: 
1. Lo spostamento del confine tra parola analogica e digitale in TX/RX 
sempre più verso l’antenna, quindi l’adozione di ADC/DAC a larga banda che 
lavorino a RF [18,2]; 
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2. La sostituzione dell’hardware dedicato (ASIC) per il signal processing 
in banda base, con una tecnologia DSP, in modo da garantire la riprogrammabilità via 
software [18,2]. 
Per quanto riguarda il primo punto si è arrivati alla realizzazione di ADC/DAC che 
lavorano ad IF, quindi alla realizzazione di terminali SDR in qualche modo “ibridi”. 
Per il secondo punto è importante notare che il concetto di DSP non è inteso in senso 
stretto ma comprende anche tecnologie quali FPGA (Field Programmable Gate Array) e 
processori general purpose. 
 
1.3 Ricetrasmettitore Software Radio  
 
Fino ad ora i trasmettitori e ricevitori impiegati nei sistemi radiomobili si sono basati su 
un tradizionale ricevitore supereterodina il cui schema e rappresentato in fig. 1. 
 
 
Figura 1: Ricevitore Supereterodina Tradizionale 
 
Dallo shema si può notare che gli stadi a RF e IF sono totalmente analogici, mentre i 
componenti digitali sono presenti solamente nello stadio in banda base, e sono realizzati 
essenzialmente tramite tecnologia ASIC. 
Al contrario, in uno schema di un ricevitore SDR “ideale” (analogamente per un 
trasmettitore) la parte analogica è estremamente ridotta: le sole parti analogiche sono 
l’antenna, il filtro passa banda a RF e il LNA (Low Noise Amplifier), come si può vedere in 
figura 2. La conversione Analogico/Digitale (A/D) è effettuata allo stadio RF, in modo da 
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ottenere un segnale che possa essere digitalmente elaborato da un componente 
riprogrammabile. 
 
 
Figura 2: Ricevitore Software Radio Ideale 
 
In questo contesto dobbiamo dare un senso al termine “ideale”; quello mostrato in fig.2 
è uno schema ricettivo che è ben lontano dall’essere praticamente realizzato, dal momento che 
esistono ancora troppi problemi di ordine tecnologico che debbono essere superati. Il più 
critico di tutti è l’utilizzo di un singolo stadio RF per un sistema MultiBanda, poiché è 
impossibile costruire antenne e LNA capaci di lavorare in un range che vada dalle centinaia di 
Mhz ad unità o decine di Ghz. Attualmente, ma anche nel prossimo futuro, una possibile 
soluzione è quella di usare più stadi a RF che siano selezionati dipendentemente dallo 
standard di interesse, per esempio uno che lavori tra 900/1800 Mhz per sistemi mobili della 
II° Generazione (GSM, DECT), ed uno nell’intorno dei 2 Ghz per quelli della III° 
Generazione (UMTS) [2]. 
Un’altra sfida importante per giungere alla progettazione di un terminale SDR è la 
realizzazione di un ADC che lavori a RF, campioni ad alta frequenza e presenti un range 
dinamico molto grande; tale dispositivo a tutt’oggi non è ancora realizzabile, o meglio ancora, 
presenta costi troppo elevati per qualsiasi applicazione di consumo. 
La soluzione più promettente per il momento è quella di un ricevitore SDR “ibrido”, 
come mostrato in fig.3. In questo caso si ha un ulteriore stadio analogico ad IF, un ADC come 
nel caso ideale, ed un Down Converter Programmabile (PDC) che precede lo stadio in banda 
base [19]. 
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Figura 3: Ricevitore SDR “ Ibrido” 
 
L’ADC campiona l’intero spettro del sistema mentre il PDC effettua le seguenti 
operazioni: 
• Down Conversion: traslazione del segnale da IF alla Banda Base, in maniera 
digitale, per mezzo di campioni di portanti sinusoidali contenuti in una Look-Up Table. 
Il vantaggio risiede nell’assenza di un oscillatore locale. 
• Canalizzazione: selezione della portante e del segnale che deve essere 
elaborato, per mezzo di filtraggio digitale, raggiungendo specifiche molto stringenti. 
• Sample Rate Adaptation: sotto-campionamento dell’uscita del filtro di 
canalizzazione, in modo da adattare la sample rate del segnale di uscita con quella 
specificata dallo standard da realizzare. 
Le funzioni e lo schema di principio del PDC saranno oggetto di un maggiore 
approfondimento nel prossimo capitolo.  
Anche lo sviluppo di un terminale SDR “ibrido”, che alcuni autori indicano come 
Digital Radio Receiver (DRR), presenta non poche difficoltà sia nello stadio IF sia in quello 
in banda base [18].  
Nello stadio ad IF le maggiori difficoltà sono legate alla realizzazione degli ADC e 
DAC, in modo particolare nella scelta di un giusto compromesso tra frequenza di 
campionamento e risoluzione. La tecnologia attuale permette di raggiungere una frequenza di 
campionamento di 1 Gsample/sec con 6-8 bit di risoluzione; scendendo a 100 Msample/sec si 
ottengono 10 bit, mentre per avere 16 bit bisogna scendere fino a 150Ksample/sec. Il numero 
di bit può tuttavia non essere sufficiente per rappresentare il range dinamico del segnale: nel 
GSM, per esempio, abbiamo un range dinamico di circa 100 Db [2]. 
Ad una prima valutazione, per ottenere una effettiva rappresentazione di forme d’onda 
del tipo GSM e UMTS, con i rispettivi range dinamici, sarebbero necessari almeno 17-20 bit 
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di risoluzione con un’ampiezza di banda analogica in ingresso dell’ordine di 250-300 Mhz. 
Tuttavia, ogni anno, i produttori di ADC/DAC forniscono prodotti che presentano notevoli 
miglioramenti in termini di velocità e risoluzione, e quindi in un arco di tempo non troppo 
lungo, potranno essere disponibili dispositivi capaci di soddisfare le specifiche richieste da un 
terminale SDR. Resta da vedere quali saranno i costi da sostenere, cioè si si riusciranno ad 
ottenere ADC/DAC con le prestazioni volute ad un prezzo tale da consentirne l’uso in 
un’apparecchiatura destinata all’elettronica di consumo. Quello che è avvenuto e tuttora 
avviene, nei settori della telefonia mobile e dei personal computer, autorizza a credere che ciò 
che oggi è costoso e quasi irraggiungibile, tra un anno sarà a disposizione di tutti con costi più 
che dimezzati. 
Nello stadio in banda base altri scogli tecnologici appaiono evidenti, legati sia alla 
capacità di calcolo sia al consumo di potenza di un DSP. La potenza di calcolo deve 
innanzitutto essere sufficiente ad elaborare, in tempo reale, la realizzazione software di 
interfacce radio. Dal momento che il sistema adotterà diversi standard, sarà necessario 
dimensionare le potenze di calcolo sul più complesso. Infatti, soluzioni che adottino ricezione 
multi utente, tipo sistemi CDMA, implicano una crescita esponenziale della capacità di 
calcolo. Per esempio, per ottenere un sistema tipo UMTS, ad una prima stima si richiedono di 
alcune unità/decine di GIPS (Giga Instructions Per Second). Inoltre non bisogna dimenticare, 
nella scelta del DSP, quali sono le funzionalità che sono richieste. Un DSP di tipo general 
purpose sembra molto adatto per realizzare funzioni quali: codifica di sorgente e di canale, 
criptamento e modulazione. Mentre DSP special purpose (ASIC, FPGA) sono al momento 
necessari per operazioni di complessità maggiore, da realizzare in tempo reale del tipo: 
conversione di sample rate, filtraggi digitali, spreading e despreading. Queste richiedono 
potenze di calcolo dell’ordine di 1200-1500 MIPS (Million Instructions Per Second), 
disponibili oggi solamente in dispositivi special purpose. In conclusione si può dire che i DSP 
usati nello stadio in banda base devono, in ogni caso, soddisfare precise specifiche, che 
risultano particolarmente stringenti se viste da un punto di vista di un terminale mobile. Le 
principali sono: 
• Limitata complessità circuitale 
• Bassi costi 
• Basso consumo di potenza 
• Dimensioni ridotte 
Nella figura 4 sono riassunte le sfide tecnologiche che devono essere vinte per ottenere 
la completa realizzazione di un terminale SDR [18]. 
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Figura 4: Requisiti tecnologici per la realizzazione di un terminale SDR 
 
 
 
1.4 Architetture Generali per la Realizzazione di terminali SDR 
 
Come già scritto, un sistema SDR deve essere in grado di adattarsi ad un certo numero 
di standard trasmissivi, siano già in uso o di sviluppo futuro, per mezzo di una piattaforma 
hardware capace di adattarsi ad ogni interfaccia radio semplicemente cambiando il software 
che sta eseguendo. 
Lo sviluppo di questa piattaforma dovrà procedere in parallelo con quello del software. 
Infatti, per prima cosa, sarà necessario scegliere un’opportuna architettura software (del tipo 
orientata agli oggetti) con il relativo ambiente di sviluppo e linguaggio di programmazione. 
L’obiettivo finale è il progetto di librerie software che realizzino le interfacce radio di 
interesse. 
Un problema che si incontra nella realizzazione di una piattaforma hardware concerne la 
tendenza di ogni costruttore a sviluppare prodotti propri, non completamente compatibili con 
quelli degli altri, mentre lo spirito del SDR è proprio quello di rendere indipendente il 
ricevitore/trasmettitore dall’hardware che lo ospita. Tutto questo può essere superato in tre 
modi [18]: 
1. Ogni piattaforma hardware ha il suo software personale: ogni 
produttore, in questo modo, fornisce unitamente all’hardware anche i programmi, 
indipendentemente dal comportamento delle altre compagnie. Il vantaggio, per ogni 
compagnia, sta nel poter differenziare i propri prodotti da quelli degli altri, 
rimettendosi così al giudizio del mercato, il quale deciderà, nel tempo, quali prodotti 
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avranno più successo e quali saranno destinati a scomparire. Inoltre, ogni software 
sarà ottimizzato per la piattaforma hardware sulla quale dovrà girare. Lo svantaggio di 
questa soluzione riguarda gli operatori; essi dovranno gestire prodotti non 
standardizzati e parecchi software per interagire con i terminali d’utente. E’ 
importante sottolineare che in questo scenario, mentre l’utente è libero di acquistare un 
terminale mobile da qualsiasi costruttore, l’operatore, ovviamente, dovrà possedere il 
software specifico per quella piattaforma di utente, con evidente incremento dei costi. 
2. Standardizzazione di un’unica piattaforma: questa soluzione semplifica 
notevolmente lo scenario; infatti, si avrebbe un’unica soluzione hardware sulla quale 
girerà un unico software da sviluppare. Il principale svantaggio (di tipo economico) 
ricade sui costruttori, i quali non potranno differenziare i loro prodotti rispetto a quello 
dei concorrenti. 
3. Uso di compilatori residenti: il compilatore genera un codice eseguibile 
specifico per la piattaforma nella quale è residente. L’eseguibile sarà generato da un 
codice sorgente che potrà essere lo stesso per ogni tipo di piattaforma hardware, e una 
volta scritto potrà girare ovunque. 
Questa è la soluzione che sta raccogliendo i maggiori consensi, poiché riassume in sé 
tutti i vantaggi delle due precedenti, eliminandone peraltro gli svantaggi. Un linguaggio che 
autorevolmente si candida come codice sorgente è il JAVA, con opportune modifiche che ne 
consentano lo sviluppo di operazioni in real time; infatti, la filosofia del JAVA è “ write once, 
run anywhere “. 
In accordo con quanto già visto, è possibile descrivere un sistema SDR come una 
struttura a strati, sul tipo di quella mostrata in figura 5 [20,22]. 
 
Figura 5: Relazioni tra hardware e software in un contesto SDR 
 
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Il sistema è completamente definito per via software, dagli strati fisici a quelli 
applicativi. Attraverso la presenza di un compilatore residente si riesce ad ottenere 
l’indipendenza tra hardware e software. Per quanto riguarda la struttura stratificata, diventa 
fondamentale la standardizzazione di un “ Application Programming Interfaces “ (API); più 
precisamente, si tratta di definire le interfacce tra applicazioni e coda di protocollo (alti livelli 
in figura 5) e una quantità di protocolli e componenti hardware, chiamati “Virtual Machines” 
o “Virtual Radio Platform“. La “Virtual Machine“ permette la riprogrammabilità dei livelli 
più bassi e allo stesso tempo fornisce un livello di astrazione, nascondendo la reale 
implementazione hardware di un terminale radio. La standardizzazione di una tale macchina 
virtuale dovrebbe permettere di scaricare lo stesso software su differenti piattaforme. In tale 
scenario, i produttori potrebbero competere tra loro con proprie differenti soluzioni, che 
soddisfino solamente un insieme minimo di requisiti, quali per esempio la potenza in 
ricezione/trasmissione, i MIPS, la capacità di memoria del DSP, la risoluzione di ADC/DAC, 
consumo di potenza e le caratteristiche del display. È importante notare che API è una 
definizione astratta: non è un codice particolare, programma o applicazione, ma una 
descrizione delle relazioni logiche che riguardano moduli software e/o hardware, quali flusso 
bidirezionale di dati e informazioni di controllo.  Quindi API descrive le relazioni tra moduli e 
non le loro implementazioni. 
Il software che definisce le interfacce radio (livelli 2 e 3), è contenuto in librerie, le 
quali sono divise in moduli software che si possono catalogare in tre categorie [20,22]: 
• Moduli per l’elaborazione dei segnali: funzioni di base, codifica, 
modulazione. 
• Moduli di controllo real time: supervisionano il flusso di processo ed 
eseguono compiti di interfaccia tra signal processing e hardware. 
• Moduli di interfaccia hardware: gestiscono il flusso di dati in 
ingresso/uscita da e verso lo stadio IF. 
 
 
1.5 Download del Software  
 
L’implementazione di un sistema radio completamente riprogrammabile implica la 
definizione dei metodi per scaricare il software (software download). Per quanto riguarda le 
base station, il download è normalmente eseguito quando è rilasciata una nuova versione del 
software, ma nella maggior parte dei casi questa operazione non sarà eseguita molto spesso. 
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Al contrario, in un terminale mobile l’operazione sarà più critica sia per la frequenza con la 
quale è invocata, dovuta alla mobilità dell’utente ed ai suoi bisogni comunicativi, sia per 
quanto riguarda gli aspetti più prettamente tecnici, quali velocità e facilità di esecuzione, 
trasparenza rispetto all’utente, assenza di errori. 
Questa operazione può essere effettuata in due modi [18]: 
1. Caricamento tramite SMART CARD. 
2. Download via etere. 
 
• Caricamento tramite SMART CARD 
Il consumatore acquista la SMART CARD, contenente il software, in un punto vendita 
dell’operatore da lui scelto. Ovviamente il download sarà effettuato quando la SMART 
CARD sarà inserita nel terminale dell’utente. I problemi nascono quando l’utente deve 
effettuare roaming con altri operatori nello stesso o in altri paesi, utilizzando standard diversi 
(per es. si sposta da un sistema CDMA verso uno TDMA, vedi figura 6). 
 
 
Figura 6: Roaming fra due sistemi a standard diversi 
 
 In questo caso dovrà acquistare più SMART CARD  e dovrà essere in grado di usarle 
nella maniera più appropriata, cioè gestendo in prima persona le operazioni di download. Una 
soluzione potrebbe essere quella di installare opportune apparecchiature che permettano di 
riprogrammare le SMART CARD in luoghi chiave quali aeroporti, stazioni ferroviarie, hotel, 
punti vendita degli operatori, ecc..  
I vantaggi di una tale soluzione sono: 
• Download senza errori. 
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• Velocità di esecuzione, comparabile con quella ottenibile con un 
personal computer 
• Nessun impatto sulla rete 
Il maggiore svantaggio ricade sull’utente che si prende carico dell’intera procedura. 
Tuttavia affinché questa soluzione possa essere praticabile si devono realizzare due 
condizioni: 
1. Sviluppo di SMART CARD con opportune capacità di memoria 
(requisiti tecnici) 
2. Diffusione sul territorio degli equipaggiamenti per la riprogrammazione 
delle SMART CARD (requisiti organizzativi) 
 
• Download via etere 
Questa soluzione presenta caratteristiche opposte rispetto alla precedente. Il caricamento 
del software è effettuato dall’operatore che riserva un canale dedicato sulla rete. Tutte le 
procedure saranno guidate e controllate dal terminale utente e dalla base station. Il principale 
vantaggio di questo approccio è la totale trasparenza rispetto all’utente dell’intera procedura. 
Infatti, è il terminale mobile che si accorge di essere in presenza di un nuovo standard 
cellulare e autonomamente si preoccupa di compiere le operazioni di download. Può anche 
succedere che l’utente richieda l’installazione di un nuovo software o di un aggiornamento 
dello stesso, oppure nuove o differenti applicazioni, miglioramenti negli schemi di codifica o 
modulazione, ecc.; in questo caso l’utente si limita a farne richiesta, tramite il suo terminale, 
all’operatore, ma da quel punto in avanti le procedure saranno condotte dal mobile e dalla 
base station in maniera automatica. Gli svantaggi di tale soluzione sono i seguenti: 
1. Forte impatto sulle infrastrutture di rete, dovute al fatto che c’è bisogno 
di un canale dedicato e della definizione di procedure di download. 
2. Probabilità d’eventuali errori durante il caricamento: nonostante le 
conosciute tecniche di codifica di canale e di correzione degli errori, questi in ogni 
caso possono sempre presentarsi, facendo perdere d’integrità al software, con il 
rischio di malfunzionamenti. 
3. Procedure lente: il tempo di download dipende dalla grandezza del 
software e dalla banda a disposizione del canale dedicato. 
4. Sicurezza e autenticazione dei terminali utente da parte della rete. 
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Il principale requisito, affinché questa soluzione abbia successo, è quello della 
standardizzazione, su base mondiale, di un canale bidirezionale, con banda sufficiente a 
permettere la procedura di download in tempi rapidi. 
 
1.6 Conclusioni 
 
L’innovazione introdotta dal SDR può portare notevoli benefici per tutte le figure 
coinvolte nel mercato delle telecomunicazioni: Produttori, Operatori, Utenti. 
I produttori hanno la possibilità di concentrare i propri sforzi su un’unica piattaforma 
hardware, fruibile da ogni mercato e sistema cellulare, non solo su base nazionale o 
continentale, ottenendo una diminuzione dei costi. Un altro vantaggio sarebbe quello di poter 
migliorare i propri prodotti in passi successivi, aggiornando il software, senza peraltro 
cambiare o rivoluzionare la piattaforma hardware. 
Gli operatori potranno fornire servizi nuovi e più personalizzati, tagliati sui bisogni 
degli utenti, senza cambiare i terminali in uso; in aggiunta potranno realizzare base station 
multi standard e vedranno allungare la vita utilizzativa di quest’ultima, con evidenti riduzioni 
dei costi d’esercizio e manutenzione. 
I vantaggi per l’utente risiedono nella possibilità di variare le proprie comunicazioni 
attraverso più sistemi cellulari, senza dipendere dal terminale, dalla nazione o dallo standard 
trasmissivo; inoltre, potranno acquisire nuove o migliori applicazioni senza peraltro cambiare 
il proprio terminale. 
In tutti i casi, la tecnologia SDR incrementa la vita del hardware, riducendo i rischi 
d’obsolescenza. La riprogrammabilità del sistema permette il riuso del hardware anche dopo 
la nascita di nuove piattaforme. Questo non significa che avranno una durata illimitata ma, 
come già avviene nel mercato dei PC, saranno necessarie strutture hardware più potenti per 
far girare programmi più grandi, tuttavia garantendo una durata maggiore rispetto a quelle 
tradizionali.   
Schemi di Conversione Programmabile Verso il Basso 
 
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CAPITOLO 2 
 
 
SCHEMI DI CONVERSIONE PROGRAMMABILE 
VERSO IL BASSO 
 
 
2.1 Introduzione 
 
Nel primo capitolo è stato mostrato lo schema di base di un trasmettitore/ricevitore 
SDR. L’elemento di principale novità rispetto ad un classico ricevitore supereterodina è il 
Down Converter Programmabile (PDC, Programmable Down Converter). In esso sono 
racchiuse le funzionalità chiave, che unitamente a quelle del DSP in banda base, garantiscono 
sia la flessibilità che la riprogrammabilità della struttura SDR. Il segnale che arriva all’ADC 
viene sovracampionato e digitalizzato ad una sample rate che è in genere determinata a partire 
dalla larghezza di banda più grande fra gli standard che si desiderano ricevere. Lo scopo 
principale del PDC è dunque quello di abbassare la sample rate, centrando, allo stesso tempo, 
lo spettro ricevuto sulla portante del canale da demodulare. Infine, si dovrà separare il canale 
di interesse da tutti gli altri, preparandolo per le elaborazioni in banda base del DSP.  Lo 
schema di base di un PDC può essere scisso in tre sezioni ben distinte, dipendentemente dai 
compiti che sono chiamate a svolgere [10]: Mixer Digitale, Convertitore di Frequenza (SRC, 
Sample Rate Converter), Filtro FIR Programmabile (FIR, Finite Impulse Response). 
Le funzionalità delle tre sezioni sono: 
Mixer Digitale: Traslazione dello spettro del segnale di interesse dalla 
frequenza intermedia F
IF
 in banda base. 
SRC: Abbassamento ed adattamento della sample rate del segnale campionato 
a quella dello standard in uso, con relativi filtraggi anti-immagine e anti-
aliasing. 
FIR: Filtrare con maschere specificate dagli standard il canale richiesto. 
Schemi di Conversione Programmabile Verso il Basso 
 
17
Queste strutture saranno analizzate in dettaglio nel presente capitolo, con una maggiore 
attenzione verso la SRC, che è l’obiettivo finale di questo lavoro. In particolare ci si 
soffermerà sulle possibili soluzioni teoriche che ci permettano di realizzare le funzionalità 
richieste. Nei prossimi capitoli sarà dato spazio alle soluzioni realizzative adottate, con analisi 
dei risultati ottenuti. 
 
2.2 Tipi di Implementazione di Stadi IF Digitali 
 
In letteratura si parla di tre possibili approcci implementativi di un PDC, 
dipendentemente dalla natura del segnale IF digitale al suo ingresso [3]: 
• Segnale IF digitale a singolo canale a banda stretta. 
• Segnale IF digitale multicanale a banda stretta. 
• Segnale IF digitale a singolo canale a banda larga 
 
2.2.1 Stadio IF per segnale digitale a singolo canale a banda stretta 
 
Questa tecnica è usata in ambienti SDR quando un ristretto numero di segnali devono 
essere estratti da un ingresso a banda larga. Inoltre, questa scelta viene fatta quando sono 
richieste: 
• Ampio range dinamico 
• Accurata selettività 
• Bande differenti dei segnali di interesse 
Tutto ciò porta alla necessità di avere un alto grado di decimazione della sample rate. 
Una classica soluzione, in questo caso, è quella di campionare il segnale IF reale, mixarlo 
digitalmente con un oscillatore locale in quadratura (LO, Local Oscillator) sintonizzato sulla 
frequenza della portante del segnale di interesse. In questo modo il canale desiderato sarà 
centrato sulla frequenza zero. Il segnale complesso che esce dal mixer digitale, ovvero nelle 
sue componenti in fase e quadratura, viene filtrato e decimato per ottenere due segnali in 
banda base con sample rate adeguata rispetto alle proprie bande. Ciò è realizzato con due 
percorsi identici, contenenti gli stessi stadi, uno per la componente in fase, l’altro per quella in 
quadratura. Per ottenere un alto grado di decimazione, questo processo va diviso in più stadi. 
Il primo stadio fornisce un deciso abbassamento della sample rate, mentre gli altri, lavorando 
a più bassa frequenza di campionamento, forniscono anche le opportune sagome di filtraggio 
del segnale oltre che gli opportuni adattamenti di sample rate. La decimazione totale sarà pari 
Schemi di Conversione Programmabile Verso il Basso 
 
18
al prodotto delle decimazioni dei vari stadi. L’architettura scelta come primo stadio, in questo 
caso, è quella di un filtro CIC (CIC, Cascaded Integrator Comb), proposto da E. U. 
Hogenauer [1], molto efficiente per fattori di decimazione superiori a dieci, la cui struttura 
sarà descritta con la dovuta attenzione in uno dei paragrafi successivi. Di solito il CIC è 
seguito da uno o due filtri che compensano le attenuazioni in banda, introdotte dal CIC stesso 
e che, allo stesso tempo, sagomano opportunamente il segnale. In particolare, nella 
realizzazione di questo lavoro, è stata adottata la scelta di introdurre due stadi successivi al 
CIC, uno che ne recuperi la caduta in banda e l’altro che, sagomando ulteriormente il segnale, 
dia la definitiva decimazione richiesta. L’uscita di quest’ultimo stadio va in ingresso ad un 
altro filtro FIR programmabile (FIR, Finite Impulse Response), parametrizzato sulle 
specifiche dello standard in uso, che provvederà alla definitiva canalizzazione. Un tipo di 
approccio di questo tipo è schematizzato in figura 1, ove è mostrato un esempio di PDC 
proposto dalla Harris [2] 
Figura 1:  Schema realizzativo di un PDC proposto dalla Harris 
 
2.2.2 Stadio IF per segnale digitale multicanale  a Banda Stretta 
 
Questo approccio è usato quando in presenza di canali multipli, tutti della stessa banda 
ed equispaziati in frequenza. Un tipico esempio può essere quello di una Base Station per 
comunicazioni cellulari. L’unico stadio IF digitale, in questo caso, è formato da un 
Transmultiplexer (Tmux) basato su un banco di filtri realizzati dalla trasformata discreta di 
Fourier (DFT, Discrete Fourier Trasform). Il Tmux trasforma il flusso di campioni del segnale  
IF digitalizzato in più flussi in banda base, uno per ogni utente. Usando un approccio a canale 
singolo in questo caso, supponendo che sia M il numero di canali da ricevere, occorrerebbero