基于FPGA的基带信号发生器的设计与实现

发布时间：2017-10-16 00:09

  本文关键词：基于FPGA的基带信号发生器的设计与实现

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【摘要】：随着电子信息技术的不断进步,无线通信测试领域对于激励信号的性能要求越来越严苛,不仅需要信号具有可调节的频率及范围,而且要求其频率稳定度高、切换速度快等。因此,对于高速高性能信号发生器的研究越来越成为科学技术领域的热点。本文针对无线通信系统中射频收发芯片对于基带测试信号的需求,设计并实现了一款基于FPGA的基带信号发生器。本文根据设计需求,具体分析了直接数字频率合成(DDFS)技术和直接数字波形合成(DDWS)技术的优缺点,确定了基于SOPC系统的DDWS波形合成方案。结合DDWS波形合成技术的发展和性能指标需求,论文重点对波形存储深度扩展和改善输出波形质量等关键技术展开了研究。在基带信号发生器的波形存储深度扩展方面,为了节省周期性重复波形序列的存储空间占用,论文根据序列波形合成技术的原理以及Altera FPGA平台的设计特点,基于DMA的控制方式,在NiosⅡ开发环境下通过调整DMA描述字(descriptor)的传输方式实现序列波形地址的控制逻辑,并最终完成了基于Nios Ⅱ的序列波形合成方案：在改善基带信号发生器输出波形质量方面,论文研究了DDWS波形合成过程中的误差来源,重点针对DAC非线性误差采用数字预失真的方法进行了补偿,通过建立与输入序列相关的二元高斯基函数误差模型,根据频谱仪测试提取出输出波形频谱相应的功率点参数值,经过最小二乘法求得模型对应的系数并确定误差序列,最终在数字域内实现了相关误差的补偿。为了验证系统的各项指标是否满足设计要求,本文搭建了相应的测试平台。根据对测试结果的验证和分析,基于NiosⅡ的序列波形合成功能可以对单次存储的波形序列实现不同重复次数的循环序列输出以及时隙控制下的突发序列输出,等效于提升了波形存储深度。同时,以正弦输入序列为例,实际测试DAC非线性误差补偿前后系统信噪比SNR提高约8dB,无杂散动态范围SFDR提高6.12dB。当系统输入为64QAM调制信号时,EVM约为1.75%;结果表明,本文设计的基带信号发生器达到了系统要求的各项指标。
【关键词】：基带信号发生器 FPGA 序列波形合成 直接数字波形合成 Nios Ⅱ
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN791
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 论文研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 论文研究内容与设计指标11-12
• 1.3.1 研究内容11-12
• 1.3.2 设计指标12
• 1.4 论文章节安排12-15
• 第二章 基带信号发生器设计理论基础15-25
• 2.1 直接数字波形合成技术15-17
• 2.2 现场可编程门阵列概述17-21
• 2.2.1 SOPC技术18-19
• 2.2.2 Nios Ⅱ嵌入式系统设计19-21
• 2.3 基带信号发生器误差分析21-24
• 2.3.1 幅度量化误差21-23
• 2.3.2 DAC非线性误差23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 基于Nios Ⅱ的序列波形合成方案设计及基带信号发生器误差补偿25-37
• 3.1 基于Nios Ⅱ的序列波形合成技术25-30
• 3.1.1 序列波形合成技术25-26
• 3.1.2 基于FPAG的序列波形合成方法分析26-27
• 3.1.3 基于NiosⅡ的序列波形合成方法实现27-30
• 3.2 基带信号发生器误差补偿30-35
• 3.2.1 DAC非线性误差补偿方法分析30-31
• 3.2.2 基于数字预失真的误差补偿算法31-35
• 3.3 本章小结35-37
• 第四章 基带信号发生器的系统设计37-55
• 4.1 系统整体结构37-38
• 4.2 高速数模转换电路设计38-42
• 4.3 FPGA内部关键模块设计42-52
• 4.3.1 数据存储器SDRAM控制模块43-45
• 4.3.2 异步FIFO模块45-48
• 4.3.3 直接数字波形合成模块48-50
• 4.3.4 串口通信模块50-52
• 4.4 上位机程序设计52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 系统测试与验证55-67
• 5.1 系统测试平台搭建55-57
• 5.2 系统指标测试57-66
• 5.2.1 信号输出功能及工作频率范围测试57-59
• 5.2.2 序列波形合成功能测试59-61
• 5.2.3 DAC非线性误差补偿测试61-62
• 5.2.4 EVM测试62-64
• 5.2.5 动态范围(SFDR)测试64-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 总结和展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 李联益;;浅析基带信号发生器的设计研究[J];吉林工程技术师范学院学报;2012年07期

2 习郑虎;年夫顺;樊晓腾;李增红;;基于FPGA的多制式基带信号发生器设计[J];计算机测量与控制;2011年10期

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4 胡仕兵;汪学刚;姒强;;直接数字频率合成技术杂散信号频谱性能分析[J];电路与系统学报;2009年05期

5 王凡;王岩飞;李和平;;基于DDWS技术数字基带信号的产生与主要误差分析[J];电子测量技术;2008年08期

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本文编号：1039485