基于FPGA的中频数字信号处理

发布时间：2017-06-09 04:01

  本文关键词：基于FPGA的中频数字信号处理，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着科技进步,大规模集成电路的飞速发展,使得数字中频采样接收机成为现实。中频接收机的核心思想是将中频信号尽可能的数字化,将其转变为适合于计算机或数字信号处理器处理的数据流,然后通过编程软件来完成各种算法功能,使其在应用方面具有更好的环境适应性和可扩展性。本文在软件无线电的基础上,深入结合当前硬件环境,使用中频数字化处理系统,设计了一种基于FPGA的中频信号处理方案。本方案使用XINLINX公司的XC4VLX40作为FPGA数字处理芯片,将中频信号通过ADC16V130芯片转换为数字信号,再经过数字下变频处理不仅总抽取因子达到了512,而且将中频信号处理为基带,最后利用自适应滤波系统滤除噪声,得到原始信号。在确定整体方案后,本文对各个模块进行深入研究,在NCO设计时采用比较先进的CORDIC算法完成正交混频单元的设计,同时,通过编写SPI总线接口控制外围芯片保证硬件平台的正常工作,最后使用自适应滤波器完成对中频信号的处理功能。本论文首先就研究背景和中频接收机现状进行了阐述；其次对自适应滤波的影响因素做了相关分析,其中包括滤波阶数和算法步长；随后具体讨论了数字下变频结构,其中包括NCO单元、CIC滤波器、半带滤波器等模块的设计,以及基于FPGA自适应滤波模块的算法实现和外围芯片的参数设置；最后给出各个模块的仿真结果,并将程序生成比特流文件下载到FPGA硬件平台中进行测试,通过在线分析工具Chipscope生成FPGA内部处理效果图验证了设计结果。仿真和测试结果表明硬件平台正常工作,数字下变频和自适应滤波测试结果正确,基本满足了对中频信号的处理要求。
【关键词】：FPGA 数字下变频 CORDIC 自适应滤波 SPI
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.72
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 自适应滤波技术发展与应用11-13
• 1.3 论文的研究内容及规划13-16
• 第2章 自适应滤波原理及其性能仿真16-28
• 2.1 LMS自适应滤波算法的原理16-20
• 2.2 自适应LMS算法MATLAB平台仿真20-21
• 2.3 自适应滤波器参数分析21-27
• 2.3.1 滤波器阶数对于自适应滤波性能影响22-24
• 2.3.2 迭代步长对于自适应滤波性能影响24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 基于FPGA数字下变频的设计与实现28-48
• 3.1 平台相关介绍28-30
• 3.1.1 FPGA芯片选择28-29
• 3.1.2 开发环境与工具的选择29
• 3.1.3 编程语言选择29-30
• 3.2 数字下变频结构研究与设计30
• 3.3 数字下变频系统构成30-31
• 3.4 NCO模块设计31-36
• 3.4.1 DDS算法实现原理31-32
• 3.4.2 CORDIC算法原理32-34
• 3.4.3 NCO的FPGA实现34-35
• 3.4.4 两种NCO结果对比35-36
• 3.5 CIC抽取模块设计36-39
• 3.5.1 多级CIC抽取滤波器36-38
• 3.5.2 多级CIC滤波器设计与仿真38-39
• 3.6 半带滤波模块设计39-42
• 3.6.1 半带滤波器原理39-40
• 3.6.2 多级半带滤波器参数设计40-41
• 3.6.3 HB滤波器仿真41-42
• 3.7 FIR滤波器42-44
• 3.8 数字下变频整体仿真44-47
• 3.9 本章小结47-48
• 第4章 中频接收机方案及自适应滤波器设计48-64
• 4.1 系统方案介绍48-49
• 4.2 单端转差分信号输入设计49-50
• 4.3 时钟提供芯片AD9517_350-56
• 4.3.1 AD9517_3性能50-51
• 4.3.2 AD9517_3设置及操作51-53
• 4.3.3 AD9517_3时序控制53-56
• 4.4 数模转换芯片ADC16V13056-58
• 4.4.1 ADC16V130性能及参数56-57
• 4.4.2 ADC16V130时序分析57-58
• 4.5 自适应滤波算法的FPGA设计58-63
• 4.5.1 LMS算法流程构建与设计58-59
• 4.5.2 总控制模块59-60
• 4.5.3 滤波器模块与系数更新模块60-61
• 4.5.4 延迟补偿模块61-62
• 4.5.5 自适应滤波算法仿真62-63
• 4.6 本章总结63-64
• 第5章 系统测试64-72
• 5.1 测试设备介绍64-65
• 5.2 硬件平台测试65-67
• 5.2.1 AD9517_3输出测试65-66
• 5.2.2 ADC16V130输出测试66-67
• 5.3 数字下变频及自适应滤波测试67-71
• 5.3.1 数字下变频模块测试67-68
• 5.3.2 自适应滤波测试68-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第6章 总结72-74
• 6.1 总结72-74
• 参考文献74-76
• 致谢76-78
• 作者简介78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 白月胜;曹淑玉;;基于AD9517的高速采样时钟设计[J];工业技术创新;2014年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 陈东坡;数字下变频电路的FPGA实现[D];西安电子科技大学;2009年

2 刘丹丹;基于FPGA的自适应频谱分析算法的软件设计[D];哈尔滨工程大学;2013年

  本文关键词：基于FPGA的中频数字信号处理，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：434350