高性能窄带零中频收发机数字通道设计与实现

发布时间：2020-05-20 04:02

【摘要】：面对多协议并存的通信现状,要求通信终端能具备兼容性和动态可配性。软件无线电的通用性可以解决当下多协议并存的问题,和动态可重构技术相结合后使得通信终端的使用更加便利。数字通道是软件无线电收发机中位于模拟前端和基带之间的模块,软件无线电在中频或射频对数据进行采样,数据率极高,选用了节省资源的零中频结构作为模拟前端后,收发机又有了本振泄露和IQ不平衡的问题。因此,设计一个能兼容多种通信模式,有采样率变换、滤波、IQ校准和通道增益调整功能的数字通道就变得尤为重要。本文设计了高性能窄带零中频收发机的数字通道模块,应用在综合通信终端中,使用的模拟前端是零中频收发机结构,能兼容多节点组网、4G和S波段卫星通信等通信协议。本文的主要研究内容和方法如下:为了满足多种通信协议的指标,先将整体的设计指标分解到了每个模块,分别在多种通信协议下设计了数字通道的结构,再整合成一个满足所有指标的数字通道;按照每个模块的具体指标,分别设计了收发通道的级联滤波器模块的级数和系数,并且采用了多相滤波器和复用资源的方式来优化滤波器的结构,按照需求设计了信号和系数的位宽;设计了通道增益模块,详细设计了每一个子模块以节省资源;基于迭代最小二乘法的算法,设计了窄带IQ校准模块的结构,复用了不平衡参数计算模块和迭代控制模块的资源。最后,对数字通道模块进行仿真和FPGA验证,先分别展示了子模块的前仿真结果和整体模块的仿真结果,并且基于ZYNQ和AD9361搭建了测试平台,在ZYNQ平台上设计了 UART模块和SPI模块用于和PC机以及AD9361板通信,在这个平台上进行测试,验证了数字通道模块的功能和性能。数字滤波器的带外衰减能达到76dB,窄带IQ校准直流抑制比和镜像抑制比能达到52dB,满足项目的设计要求。本文设计实现的数字通道模块通用性更强,更节省资源,具有良好的研究和应用价值。
【图文】：

彩色对比,输入信号

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结构框图,单级,结构框图,积分器

最后一级还是用更高阶的ＨＲ滤波器来实现。逡逑Ｉ邋ＩＩ邋Ｉ邋Ｉ邋１逡逑Ｉ邋ｉ邋ｊ邋ｉ邋Ｉ逡逑图２．９输出与输入信号的彩色对比图逡逑从图２．９的仿真图可以看出来，，经过半带滤波器滤波后输出的值成功覆盖了逡逑输入信号的序列号为奇数的值，输出信号成功对输入信号进行了２倍的抽样。逡逑２．２．３积分梳状滤波器的设计逡逑积分梳状滤波器（ＣＩＣ）由两个部分组成，积分部分和梳状部分，框图如图逡逑２．１０所示。逡逑—Ｚ－丨逦Ｚ￣Ｄ邋—逡逑Ｉ逦１邋ｙ｛ｎ）逡逑．响邋＾Ｈ２（ｚ）分邋＂逡逑图２．１０单级ＣＩＣ结构框图逡逑左边为积分器，右边为梳状部分，积分器的状态方程可以写为：逡逑ｙ（ｎ）邋＝邋ｙ（ｎ邋－邋１）邋＋邋ｘ（ｎ）逦（２．２２）逡逑积分器的传输函数可以写成：逡逑＝邋ＨＰＴ逦（２－２３）逡逑梳状结构的状态方程可以写为：逡逑ｙ（ｎ）邋＝邋ｘ（ｎ）邋—邋ｘ（ｎ邋—邋ＤＭ）逦（２．２４）逡逑其中Ｄ为抽取因子，Ｍ为微分延迟，可以得到传输函数为：逡逑Ｈ（ｚ）邋＝邋（ｌ－ｚ￣ＤＭ）逦（２．２５）逡逑从而整体的梳状
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN858

【参考文献】