本文關(guān)鍵詞：軟件無(wú)線電數(shù)字下變頻技術(shù)的研究及FPGA實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 軟件無(wú)線電 數(shù)字下變頻 數(shù)控振蕩器 半帶濾波器 積分梳狀濾波器

【摘要】：作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理單元之間的橋梁,數(shù)字下變頻被認(rèn)為是軟件無(wú)線電接收端的核心部件之一。其功能是將采樣量化后的高采樣率的中頻信號(hào)進(jìn)行頻譜搬移、降采樣率、濾波等處理后變?yōu)榈筒蓸勇实幕鶐盘?hào),送給后端數(shù)字信號(hào)處理器完成相應(yīng)的解碼解調(diào)等一系列基帶信號(hào)的處理。因此數(shù)字下變頻系統(tǒng)性能的好壞直接決定整個(gè)接收端系統(tǒng)是否能夠有效工作。論文首先著重闡述了本課題的研究背景——軟件無(wú)線電技術(shù)及其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的理想結(jié)構(gòu)與可行性結(jié)構(gòu),分析了數(shù)字下變頻在SDR接收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中的重要性：之后介紹了目前SDR平臺(tái)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì),再次說(shuō)明了本文研究的意義；隨后著重?cái)⑹隽四壳皵?shù)字下變頻的主流實(shí)現(xiàn)方法及其性能影響因素。本文主要針對(duì)下變頻系統(tǒng)性能的影響因素,研究了FPGA實(shí)現(xiàn)下變頻系統(tǒng)的方法,基于模塊化的設(shè)計(jì)思想,將該系統(tǒng)的數(shù)字邏輯電路分為三大主要功能模塊：時(shí)鐘及復(fù)位管理、混頻以及多級(jí)抽取濾波。對(duì)于混頻模塊中數(shù)控振蕩器的設(shè)計(jì),結(jié)合Matlab計(jì)算的高效性和參數(shù)化硬件設(shè)計(jì)的適用性,設(shè)計(jì)了參數(shù)化的高速全流水線式CORDIC算法模型,基于該算法實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)計(jì)算性較強(qiáng)的數(shù)控振蕩器,以便實(shí)現(xiàn)高速混頻,且針對(duì)4倍中頻采樣結(jié)構(gòu)單獨(dú)提出了簡(jiǎn)單高效的混頻處理方法；對(duì)于半帶濾波器的實(shí)現(xiàn),針對(duì)現(xiàn)有分布式算法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題,提出了位并行的流水線式結(jié)構(gòu),提高處理時(shí)鐘最高頻率；對(duì)于級(jí)聯(lián)積分梳狀濾波器的設(shè)計(jì),采用了逐級(jí)剪除的位寬截?cái)嗟姆椒ㄟM(jìn)行處理,以便降低系統(tǒng)對(duì)FPGA硬件資源的占用率。為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性和正確性,首先利用Matlab編程驗(yàn)證該系統(tǒng)設(shè)計(jì)及算法的可行性,然后利用Xilinx ISE 12.3平臺(tái),采用Verilog HDL對(duì)本文的數(shù)字下變頻系統(tǒng)進(jìn)行了RTL級(jí)數(shù)字邏輯設(shè)計(jì),使用Modelsim SE 6.5對(duì)系統(tǒng)各個(gè)主要模塊分別進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。整個(gè)下變頻系統(tǒng)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)級(jí)功能仿真后,下載到FPGA上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。最終將采樣時(shí)鐘頻率為200 MHz、中心頻率為30 MHz的測(cè)試信號(hào)應(yīng)用于項(xiàng)目硬件板上實(shí)現(xiàn)的該下變頻系統(tǒng),進(jìn)行在線測(cè)試驗(yàn)證。仿真及硬件測(cè)試結(jié)果均表明,該系統(tǒng)完成了64倍的下采樣,最終輸出采樣率為3.125MHz的低速基帶信號(hào),達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：軟件無(wú)線電 數(shù)字下變頻 數(shù)控振蕩器 半帶濾波器 積分梳狀濾波器
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN92;TN773
【目錄】：

• 摘要6-7
• abstract7-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 課題研究背景及意義11-13
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 軟件無(wú)線電平臺(tái)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)13-14
• 1.2.2 數(shù)字下變頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文的主要工作16-18
• 第2章 軟件無(wú)線電數(shù)字下變頻基本理論18-32
• 2.1 信號(hào)采樣基本理論18-20
• 2.1.1 Nyquist低通采樣定理18
• 2.1.2 帶通信號(hào)采樣理論18-20
• 2.2 正交下變頻技術(shù)20-24
• 2.2.1 混頻20-21
• 2.2.2 采樣率變換理論21-24
• 2.2.3 抗混疊低通濾波24
• 2.3 數(shù)字濾波器理論24-31
• 2.3.1 線性相位FIR濾波器24-26
• 2.3.2 級(jí)聯(lián)積分梳狀濾波器26-29
• 2.3.3 半帶濾波器29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 數(shù)字下變頻的實(shí)現(xiàn)方案及算法32-45
• 3.1 數(shù)字下變頻的整體實(shí)現(xiàn)方案32-33
• 3.2 數(shù)字正交混頻器33-37
• 3.2.1 4倍中頻采樣結(jié)構(gòu)的高效混頻器33-34
• 3.2.2 基于快速流水線式CORDIC算法的NCO34-37
• 3.3 多級(jí)抽取濾波結(jié)構(gòu)37-38
• 3.4 前置半帶濾波器38-42
• 3.4.1 DA基本體系結(jié)構(gòu)38-39
• 3.4.2 基本DA體系結(jié)構(gòu)的改進(jìn)39-40
• 3.4.3 改進(jìn)的全bit位并行DA結(jié)構(gòu)40-42
• 3.5 CIC抽取濾波器42-43
• 3.6 CIC補(bǔ)償濾波器43-44
• 3.7 本章小結(jié)44-45
• 第4章 基于MATLAB的數(shù)字下變頻的仿真45-51
• 4.1 仿真激勵(lì)的產(chǎn)生45-46
• 4.2 數(shù)字下變頻處理流程46-48
• 4.3 仿真結(jié)果及分析48-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第5章 基于VERILOG HDL的數(shù)字下變頻硬件實(shí)現(xiàn)51-64
• 5.1 FPGA內(nèi)部模塊設(shè)計(jì)51-59
• 5.1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)51-52
• 5.1.2 時(shí)鐘及復(fù)位管理模塊52-54
• 5.1.3 ADC采集數(shù)據(jù)整理54
• 5.1.4 混頻器模塊54-56
• 5.1.5 多級(jí)抽取濾波器56-59
• 5.2 數(shù)字下變頻的系統(tǒng)級(jí)仿真59-61
• 5.3 數(shù)字下變頻的硬件測(cè)試61-63
• 5.3.1 系統(tǒng)占用FPGA資源情況61-62
• 5.3.2 硬件平臺(tái)及測(cè)試結(jié)果62-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 總結(jié)與未來(lái)的工作64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果71

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