基于FPGA的多速率信号处理研究

论文摘要

多速率数字信号处理是指通过内插和抽取改变信号的采样率,以适应软件无线电系统中不同模块对信号速率的不同要求。FPGA（Field-Programmable Gate Array）指的是现场可编程门阵列,其内部结构的特点使得它可以很容易地实现分布式算法结构,对实现无线通信中的高速数字信号处理十分有利,因此FPGA芯片在无线通信领域中被广泛应用。本文研究的重点是多速率信号处理技术,其核心内容是高效数字滤波器（CIC和HB）的设计,并提出多速率发送处理器和接收处理器的结构,利用Matlab对该结构进行仿真,最后用FPGA实现该结构并做环路测试。本设计中主要采用的专用芯片是Xilinx公司的Spartan3A DSP系列,并用该公司的ISE作为集成开发环境,仿真工具为ModelSim,通过输入、输出信号的比对验证本设计的实际可行性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 软件无线电概述
• 1.2 软件无线电的发展现状
• 1.3 多速率信号处理技术的发展现状
• 1.4 论文研究意义及内容安排
• 第2章 多速率信号处理的基础知识
• 2.1 多速率信号处理的基本操作
• 2.1.1 抽取
• 2.1.2 内插
• 2.1.3 Noble 恒等式
• 2.1.4 用有理数因子进行采样率转换
• 2.2 信号的多相表示
• 2.3 高效数字滤波器
• 2.3.1 积分级联梳状（CIC）滤波器
• 2.3.2 FIR 半带滤波器
• 第3章 FPGA 设计基础
• 3.1 FPGA 简介
• 3.2 FPGA 的设计流程
• 3.3 FPGA 适用于实现多速率信号处理的分析
• 3.4 专用芯片 XC3SD3400A
• 3.5 Xilinx 开发环境ISE
• 3.6 影响多速率信号处理的关键因素
• 第4章 多速率信号处理的FPGA 实现
• 4.1 CIC 滤波器的设计
• 4.1.1 CIC 插值滤波器的设计
• 4.1.2 CIC 抽取滤波器的设计
• 4.2 FIR 半带滤波器的设计
• 4.2.1 半带插值滤波器的 Matlab 设计
• 4.2.2 半带抽取滤波器的Matlab 设计
• 4.2.3 半带滤波器的FPGA 实现
• 4.3 多速率发送处理器的实现
• 4.3.1 多速率发送处理器的结构
• 4.3.2 多速率发送处理器的Matlab 仿真
• 4.3.3 多速率发送处理器的FPGA 实现
• 4.4 多速率接收处理器的实现
• 4.4.1 多速率接收处理器的结构
• 4.4.2 多速率接收处理器的Matlab 仿真
• 4.4.3 多速率接收处理器的FPGA 实现
• 4.5 多速率信号处理的环路测试
• 4.5.1 多速率收发处理器的Matlab 仿真
• 4.5.2 多速率收发处理器的FPGA 实现
• 结论
• 参考文献
• 致谢