基于FPGA的软件无线电数字下变频技术的研究

论文摘要

随着软件无线电越来越广泛地被应用到军事、无线通信、及数字电视各领域当中,作为软件无线电的核心技术之一的数字下变频技术也越来越受到人们的重视。本文主要研究了基于FPGA的数字下变频器的设计和实现。文中介绍了数字下变频技术的相关基本理论以及常用算法,并将数字下变频器按功能划分为数字混频和数字滤波器组两个模块,采用自顶向下的模块化设计方法进行了数字下变频器设计。设计的仿真结果及频谱图都验证了设计方案的正确性。在数控振荡器的设计中,提出了将查表法和改进的坐标旋转矢量算法相结合的设计方案。该方案比传统CORDIC算法节省了约1/3的片内资源,降低了功耗,并减少了系统调谐等待时间,实现了系统优化。在数字滤波器模块中,设计了一个级联积分梳状滤波器和半带滤波器相结合的抽取滤波器组,并实现了信号抽取的参数可调的功能。研究了采用分布式算法的FIR信道整形滤波器的实现机制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 概述
• 1.2 数字下变频技术的研究现状
• 1.2.1 数字下变频技术
• 1.2.2 数字下变频的实现
• 1.2.3 数字下变频器的组成
• 1.3 论文的研究内容及意义
• 1.4 完成论文期间所做的工作及论文安排
• 第2章 多速率数字信号处理理论与方法
• 2.1 多速率数字信号处理
• 2.1.1 整数倍抽取
• 2.1.2 整数倍内插
• 2.1.3 多相滤波结构
• 2.2 高效数字滤波
• 2.2.1 积分梳状滤波器的基本原理
• 2.2.2 半带滤波器的基本理论
• 2.2.3 FIR滤波器
• 2.3 下变频技术中的主要算法
• 2.3.1 CORDIC算法基本原理介绍
• 2.3.2 CORDIC改进算法
• 2.4 分布式算法
• 2.5 小结
• 第3章 数字下变频器的数字混频模块设计
• 3.1 NCO的查表法实现
• 3.2 CORDIC算法的流水线结构
• 3.2.1 流水线结构的实现
• 3.2.2 CORDIC流水线级数的减小
• 3.3 基于CORDIC算法和查表法的NCO混合结构
• 3.3.1 混合结构的设计方案
• 3.3.2 基于混合结构的NCO的FPGA的设计
• 3.4 小结
• 第4章 数字下变频器的数字滤波器组设计
• 4.1 CIC滤波器模块设计与性能分析
• 4.1.1 CIC滤波器设计中需要注意的问题
• 4.1.2 寄存器长度的确定
• 4.2 半带滤波器模块设计
• 4.3 FIR信道整形滤波器模块的设计
• 4.3.1 FPGA实现分布式算法的资源优化
• 4.3.2 FPGA实现分布式算法的速度优化
• 4.3.3 DA-FIR的实现结构
• 4.4 小结
• 第5章 数字下变频器的FPGA实现及分析
• 5.1 系统简介
• 5.2 设计指标要求
• 5.3 数字下变频器的整体结构
• 5.4 FPGA仿真
• 5.4.1 抽取滤波模块仿真
• 5.4.2 数字混频方案比较
• 5.4.3 仿真结果频谱分析
• 5.5 小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果