基于多相滤波的星上数字波束形成网络中关键技术的研究

论文摘要

本文主要研究星上接收数字波束形成网络中的两项关键技术:数字正交下变频和数字分路。采用基于多相滤波的数字正交下变频和数字分路技术可大大降低设备复杂度,并有效降低处理速度以便于实时信号处理。在数字正交下变频中,因本振存在误差会影响其性能,当采样率较高时低通滤波器阶数很高实现较困难。采用基于多相滤波的数字正交下变频不需要正交本振,且后续低通滤波器的阶数也较低,实现较简单。在数字分路中,当抽取倍数等于频带数目时,多相滤波器结构高效且易于实现,但是应用范围有限。本文设计了一种改进的多相滤波器,它改变了多相滤波前数据进入存储单元的方式,并在FFT运算前端增加数据移位操作。这一改进结构突破了原多相滤波器中抽取比与频带数目通常相等的限制,使其应用范围更广、更灵活。用256路FDM/QPSK信号做MATLAB仿真,并详细给出了FPGA设计思想、实现结构和仿真结果,软硬件仿真结果与理论结果一致,证明了所设计模型的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究工作的背景及意义
• 1.2 相关研究工作的发展动态
• 1.3 星上数字波束形成网络技术简介
• 1.4 论文的主要工作及内容安排
• 第二章 基于多相滤波的数字正交下变频技术
• 2.1 数字正交下变频
• 2.1.1 带通采样
• 2.1.2 数字正交下变频的抽取结构
• 2.1.3 基于多相滤波的数字正交下变频结构
• 2.1.4 仿真模型及结果分析
• 2.2 频谱搬移
• 2.2.1 理论模型
• 2.2.2 仿真结果分析
• 第三章 改进的多相滤波器结构在数字分路中的设计
• 3.1 数字分路技术
• 3.1.1 模拟分路算法
• 3.1.2 数字分路算法
• 3.1.3 几种分路算法的比较
• 3.2 多相阵列FFT 分路算法
• 3.2.1 信道模型
• 3.2.2 基于复调制器的均匀DFT 滤波器组
• 3.2.3 有效实现DFT 滤波器组的多相FFT 结构
• 3.3 一种改进的多相FFT 分路算法及实现结构
• 3.3.1 设计思想及理论分析
• 3.3.2 实现结构
• 3.3.3 仿真模型
• 3.3.4 仿真结果分析
• 第四章 数字正交下变频和数字分路的FPGA 设计与实现
• 4.1 FPGA 设计基本理论
• 4.1.1 FPGA 发展简介
• 4.1.2 FPGA 设计流程
• 4.1.3 FPGA 设计的优化
• 4.2 数字正交下变频的FPGA 设计与实现
• 4.2.1 数字正交下变频FPGA 设计与实现
• 4.2.2 频谱搬移FPGA 设计与实现
• 4.3 数字分路的FPGA 设计与实现
• 4.3.1 设计方案
• 4.3.2 具体方案的设计及实现结果
• 4.4 系统构成与结果验证
• 4.4.1 接收数字波束形成网络构成
• 4.4.2 系统结果验证
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文的主要工作与贡献
• 5.2 需要进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间研究成果