基于FPGA的数字化中频接收处理系统的研究

论文摘要

软件无线电是无线电领域研究的热点,现阶段限于硬件发展水平,大多采用宽带中频带能采样数字化结构,数字中频技术成为实现该结构的关键技术。传统的用FPGA器件实现数字中频处理大多通过繁琐的VHDL编程来实现的,存在设计难度大、周期长等问题。本文从软件无线电的概念出发,研究基于Matlab/DSP Builder的窗口化设计的数字中频处理技术的FPGA实现方案,并对设计的系统进行了Matlab仿真和Quartus平台下的功能仿真。论文主要工作和结论如下:(1)针对传统的数字化中频处理技术的FPGA实现中的编程的复杂性,提出一种基于Simulink/DSP Builder的窗口化的设计方案。该方案采用SignalCompiler模块将Simulink模型文件转化为FPGA实现所需要的VHDL代码。该设计方案使得基于硬件描述语言(VHDL)编程的数字化电子系统的FPGA实现变得简捷而高效,简化了设计的复杂性。(2)为解决信号解调所需的载波信号,设计了基于直接数字频率合成技术(DDS)的数控振荡器(NCO)。该技术按一定的相位间隔,将待产生的波形幅度的二进制数据存储于高速存储器作为查找表,用参考频率源作为时钟,用频率控制字决定每次从查找表中取出波形数据的相位间隔,以产生不同的输出频率。实验结果表明,该数控振荡器能产生高稳定度和高精度的频率参考源。(3)为降低信号速率,提取有用信号,提出采用多级级联的方式来实现低通滤波器的方案,设计了CIC滤波器﹑半带滤波器和FIR滤波器三级滤波器。该滤波器工作在较低的频率下且参数得到了优化,更易于实现,节省了硬件资源。(4)为解决系统仿真所需的激励源,以调幅信号为例设计了AM调制信号产生模块,并以此信号作为输入信号,对所设计的系统进行仿真。实验结果表明,该信号产生模块能够很好的满足系统的设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 数字化中频接收机理论分析
• 2.1 NYQUIST 采样定理
• 2.2 带通采样定理
• 2.3 多速率信号处理理论
• 2.3.1 整数倍抽取
• 2.3.2 抽取的多级实现
• 2.4 正交变换理论
• 2.4.1 正交变换
• 2.4.2 数字正交混频
• 2.5 本章小结
• 第三章 数字化中频接收处理系统方案与设计
• 3.1 软件无线电接收系统方案分析
• 3.2 软件无线电接收系统的模型设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于FPGA 的数字化中频接收处理系统模块设计
• 4.1 FPGA 及其开发工具
• 4.1.1 FPGA 概述
• 4.1.2 硬件开发工具
• 4.1.3 DSP Builder 设计工具
• 4.2 数控振荡器（NCO）设计
• 4.2.1 DDS 频率合成器
• 4.2.2 NCO 原理
• 4.2.3 NCO 设计
• 4.3 抽取滤波系统设计
• 4.3.1 级联积分梳状（CIC）滤波器设计
• 4.3.2 半带滤波器（HB）设计
• 4.3.3 FIR 滤波器设计
• 4.4 信源模块设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验结果与分析
• 5.1 FPGA 验证方法与流程
• 5.2 仿真与验证结果
• 5.2.1 数控振荡器仿真
• 5.2.2 FIR 滤波器仿真
• 5.2.3 CIC 滤波器仿真
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介