面向行业专网的软件无线电收发机数字中频处理技术研究

发布时间：2017-05-23 09:09

  本文关键词：面向行业专网的软件无线电收发机数字中频处理技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：行业专网通信是一种主要用于国家安全、军事、金融、能源、政府、工业等重要部门的通信网络,关系到国计民生问题。本课题的目的是设计一款带宽可配、频点可配的无线宽带射频芯片,来满足不同行业专网的需求。本论文主要研究了芯片内数字中频的设计、仿真、实现和测试过程。由于行业专网的种类繁多,为了覆盖到尽量多的专网应用,本芯片在设计时采用了软件无线电技术。软件无线电技术利用软件灵活可配置的特点,在支持多种调制解调方式、多种应用带宽和多种应用频点等方面具有较大的优势,本设计所属的芯片是一款基于数字中频结构的软件无线电收发机芯片。数字中频分为数字上变频和数字下变频,数字上变频是对基带信号进行插值、上混频的过程,数字下变频是对中频信号下混频、抽取的过程。由于插值和抽取都需要滤波器,本设计主要采用了半带滤波器和积分梳状滤波器这两种高效数字滤波器,它们的运算速度快,占用的面积少。根据应用带宽的不同,行业专网分为窄带行业专网和宽带行业专网;根据是否需要混频,窄带行业专网又分为内部解调和外部解调。本设计的数字上变频和数字下变频各有15种模式,最高采样率为322.56MHz,带宽从5k Hz至20MHz可配置,支持2MHz低中频调制和解调,上/下混频时使用了不产生杂散的数控振荡器,且不同的工作模式相互复用滤波器,这样能减小整个数字部分的规模和面积。本设计首先根据设计指标制定了各模块的参数,然后用Verilog硬件语言实现电路结构并通过Modelsim仿真验证功能和性能,再使用后端工具完成数字综合和版图设计,经过后仿验证后采用TSMC 65nm工艺流片,数字中频的面积为3.2mm2,共计48万门标准单元,最大功耗为33m W。经测试其性能良好,所有带宽都符合设计要求,数字上变频的带外抑制在55d B左右,数字下边频的带外抑制在60d B左右,输出信号的SNR在52d B以上,整个系统的接收灵敏度在误比特率为10-3时能达到-110d Bm,满足项目指标。
【关键词】：数字中频 半带滤波器 积分梳状滤波器 插值 抽取
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-11
• 1.1 研究背景与研究意义8-9
• 1.2 软件无线电的概念9-10
• 1.3 论文主要内容10-11
• 第2章 数字中频的基础理论11-20
• 2.1 数字中频的概述11-12
• 2.2 高效数字滤波器12-17
• 2.2.1 半带滤波器12-13
• 2.2.2 积分梳状滤波器13-17
• 2.3 数字上 /下混频17-18
• 2.4 数控振荡器18-20
• 第3章 数字中频的系统设计20-48
• 3.1 工作模式划分20-22
• 3.2 数字上变频的系统设计22-33
• 3.2.1 窄带行业专网内部解调设计22-23
• 3.2.2 窄带行业专网外部解调设计23-29
• 3.2.3 宽带行业专网设计29-32
• 3.2.4 数字上变频整体结构32-33
• 3.3 数字下变频的系统设计33-45
• 3.3.1 窄带行业专网内部解调设计33-34
• 3.3.2 窄带行业专网外部解调设计34-42
• 3.3.3 宽带行业专网设计42-44
• 3.3.4 数字下变频整体结构44-45
• 3.4 JESD207接口的设计45-48
• 第4章 数字中频的仿真与硬件实现48-55
• 4.1 数字中频的前仿48-51
• 4.1.1 数字上变频前仿结果48-50
• 4.1.2 数字下变频前仿结果50-51
• 4.2 多时钟域的处理51-53
• 4.3 数字中频的版图设计53-54
• 4.4 数字中频的后仿54-55
• 第5章 数字中频的芯片测试55-67
• 5.1 数字上变频的测试55-58
• 5.2 数字下变频的测试58-61
• 5.3 调制解调测试61-63
• 5.4 芯片的自动校准测试63-67
• 5.4.1 发射机的片外自动校准63-65
• 5.4.2 接收机的片外自动校准65-67
• 第6章 总结和展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-71
• 致谢71-73
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果73

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1 翁俊,邹，

本文编号：387459