软件无线电数字下变频技术的研究及FPGA实现

发布时间：2017-09-23 16:11

  本文关键词：软件无线电数字下变频技术的研究及FPGA实现

  更多相关文章： 软件无线电 数字下变频 数控振荡器 半带滤波器 积分梳状滤波器

【摘要】：作为模数转换器和数字信号处理单元之间的桥梁,数字下变频被认为是软件无线电接收端的核心部件之一。其功能是将采样量化后的高采样率的中频信号进行频谱搬移、降采样率、滤波等处理后变为低采样率的基带信号,送给后端数字信号处理器完成相应的解码解调等一系列基带信号的处理。因此数字下变频系统性能的好坏直接决定整个接收端系统是否能够有效工作。论文首先着重阐述了本课题的研究背景——软件无线电技术及其系统实现的理想结构与可行性结构,分析了数字下变频在SDR接收系统实现结构中的重要性：之后介绍了目前SDR平台的研究现状与发展趋势,再次说明了本文研究的意义；随后着重叙述了目前数字下变频的主流实现方法及其性能影响因素。本文主要针对下变频系统性能的影响因素,研究了FPGA实现下变频系统的方法,基于模块化的设计思想,将该系统的数字逻辑电路分为三大主要功能模块：时钟及复位管理、混频以及多级抽取滤波。对于混频模块中数控振荡器的设计,结合Matlab计算的高效性和参数化硬件设计的适用性,设计了参数化的高速全流水线式CORDIC算法模型,基于该算法实现了实时计算性较强的数控振荡器,以便实现高速混频,且针对4倍中频采样结构单独提出了简单高效的混频处理方法；对于半带滤波器的实现,针对现有分布式算法实现结构存在的问题,提出了位并行的流水线式结构,提高处理时钟最高频率；对于级联积分梳状滤波器的设计,采用了逐级剪除的位宽截断的方法进行处理,以便降低系统对FPGA硬件资源的占用率。为验证本文设计的可实现性和正确性,首先利用Matlab编程验证该系统设计及算法的可行性,然后利用Xilinx ISE 12.3平台,采用Verilog HDL对本文的数字下变频系统进行了RTL级数字逻辑设计,使用Modelsim SE 6.5对系统各个主要模块分别进行了仿真验证。整个下变频系统经过系统级功能仿真后,下载到FPGA上进行了实现。最终将采样时钟频率为200 MHz、中心频率为30 MHz的测试信号应用于项目硬件板上实现的该下变频系统,进行在线测试验证。仿真及硬件测试结果均表明,该系统完成了64倍的下采样,最终输出采样率为3.125MHz的低速基带信号,达到了设计指标。
【关键词】：软件无线电 数字下变频 数控振荡器 半带滤波器 积分梳状滤波器
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92;TN773
【目录】：

• 摘要6-7
• abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题研究背景及意义11-13
• 1.2 课题研究现状13-16
• 1.2.1 软件无线电平台的研究现状与发展趋势13-14
• 1.2.2 数字下变频技术的研究现状14-16
• 1.3 本文的主要工作16-18
• 第2章 软件无线电数字下变频基本理论18-32
• 2.1 信号采样基本理论18-20
• 2.1.1 Nyquist低通采样定理18
• 2.1.2 带通信号采样理论18-20
• 2.2 正交下变频技术20-24
• 2.2.1 混频20-21
• 2.2.2 采样率变换理论21-24
• 2.2.3 抗混叠低通滤波24
• 2.3 数字滤波器理论24-31
• 2.3.1 线性相位FIR滤波器24-26
• 2.3.2 级联积分梳状滤波器26-29
• 2.3.3 半带滤波器29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 数字下变频的实现方案及算法32-45
• 3.1 数字下变频的整体实现方案32-33
• 3.2 数字正交混频器33-37
• 3.2.1 4倍中频采样结构的高效混频器33-34
• 3.2.2 基于快速流水线式CORDIC算法的NCO34-37
• 3.3 多级抽取滤波结构37-38
• 3.4 前置半带滤波器38-42
• 3.4.1 DA基本体系结构38-39
• 3.4.2 基本DA体系结构的改进39-40
• 3.4.3 改进的全bit位并行DA结构40-42
• 3.5 CIC抽取滤波器42-43
• 3.6 CIC补偿滤波器43-44
• 3.7 本章小结44-45
• 第4章 基于MATLAB的数字下变频的仿真45-51
• 4.1 仿真激励的产生45-46
• 4.2 数字下变频处理流程46-48
• 4.3 仿真结果及分析48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 基于VERILOG HDL的数字下变频硬件实现51-64
• 5.1 FPGA内部模块设计51-59
• 5.1.1 系统总体结构51-52
• 5.1.2 时钟及复位管理模块52-54
• 5.1.3 ADC采集数据整理54
• 5.1.4 混频器模块54-56
• 5.1.5 多级抽取滤波器56-59
• 5.2 数字下变频的系统级仿真59-61
• 5.3 数字下变频的硬件测试61-63
• 5.3.1 系统占用FPGA资源情况61-62
• 5.3.2 硬件平台及测试结果62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 总结与未来的工作64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果71

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄明慧;王海娟;;数字下变频的一种新型设计方法[J];电子科技;2010年11期

2 王韬;付连庆;杨力生;曹海林;;改进的多通道数字下变频技术与实现[J];兵工学报;2010年12期

3 陈蕾;姚远程;;基于System Generator的数字下变频设计[J];电子设计工程;2012年24期

4 李云飞;宋虎;周希辰;;基于System Generator的数字下变频实现[J];雷达与对抗;2008年04期

5 齐晓辉;王峰;金涛;颜滨;;多通道中频采样数字下变频应用技术研究[J];科学技术与工程;2013年07期

6 朱勇;范胜利;;高效数字下变频算法的设计[J];电子器件;2007年05期

7 韩卫国;宋虎;陈建军;;大抽取率情况下的数字下变频技术研究[J];雷达与对抗;2007年02期

8 覃岭;邓小炜;何子述;段军棋;;宽带数字下变频的高效实现方法研究[J];电子科技大学学报;2008年05期

9 刘涛;田书林;王志刚;王猛;;用于宽带实时数字下变频的高效二次变频电路[J];微电子学;2012年02期

10 高志成,肖先赐;宽带数字下变频的一种高效实现结构[J];电子与信息学报;2001年03期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 金燕华;张鑫;秦开宇;;基于数字下变频技术实现的局部细化谱分析[A];中国自动化学会、中国仪器仪表学会2004年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2004年

2 窦建华;苏州;;基于多相结构数字下变频的研究与实现[A];全国第21届计算机技术与应用学术会议（CACIS·2010）暨全国第2届安全关键技术与应用学术会议论文集[C];2010年

3 潘晔;管庆;彭洪;彭启琮;;一种并行高速数字下变频结构及FPGA实现[A];中国通信学会第五届学术年会论文集[C];2008年

4 汪媚;林晓岚;;WCDMA信号数字下变频的FPGA实现[A];四川省通信学会2013年学术年会论文集[C];2013年

5 张嵘;肖先赐;;多相滤波宽带数字下变频及FPGA实现[A];第十届全国信号处理学术年会（CCSP-2001）论文集[C];2001年

6 吴从中;黄月月;汤润森;;数字下变频技术研究与FPGA实现[A];2011中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2011年

7 孙伟;李健;张磊;;一种基于射频采样的数字下变频设计及其FPGA实现[A];第五届中国卫星导航学术年会论文集-S7 北斗/GNSS用户终端技术[C];2014年

8 廖东进;杨旭峰;;数字下变频滤波器研究设计[A];2009年研究生学术交流会通信与信息技术论文集[C];2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 周云;软件无线电数字下变频技术的研究及FPGA实现[D];西南交通大学;2016年

2 廖海黔;多通道数字下变频的研究与实现[D];重庆大学;2012年

3 刘科;数字下变频电路及其验证平台的设计与实现[D];电子科技大学;2006年

4 王宇峰;数字下变频芯片的前端设计[D];湖南大学;2010年

5 张昆昆;抽取因子可变的数字下变频实现[D];烟台大学;2013年

6 张冬玲;数字下变频技术研究与应用[D];中国人民解放军信息工程大学;2002年

7 王晗宇;可配置数字下变频的设计与验证[D];哈尔滨工业大学;2014年

8 杨永齐;软件无线电中数字下变频技术的研究与实现[D];重庆大学;2006年

9 韩学涛;基于软件无线电的数字下变频技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

10 王磊;高效数字下变频器的研究[D];西华大学;2011年

，

本文编号：906194