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基于FPGA的数字上变频器设计

作　者: 刘天旭
导　师: 肖军
学　校: 东北大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 软件无线电 数字上变频 数字正交调制 数控振荡器 内插滤波器
分类号: TN773
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


软件无线电思想的出现带来了发射机实现方式的革新。随着近年来软件无线电理论和应用趋于成熟与完善,软件无线电技术已经被越来越广泛地应用于各种军用和民用的无线通信系统中。作为软件无线电发射机的核心技术之一,数字上变频技术也得到了越来越普遍的应用。本文研究基于FPGA的数字上变频器的设计问题。首先介绍了中频数字化技术的理论基础和理想软件无线电台的组成,经分析指出目前要实现理想的软件无线电台,高速数字信号处理器(DSP)和高速宽带数模转换器(DAC)是瓶颈。作为过渡阶段的软件无线电台,可以用数字上变频器(DUC)来完成中频部分的处理任务。然后,通过研究目前国外主流数字上变频产品的设计思想和技术细节,并根据FPGA器件的特性,在传统数字上变频结构的基础上,采用非传统方式实现其中内插滤波器模块,在设计时实现时,采用了滤波器的多相结构和分布式算法,并对基本的分布式算法进行了改进,提高了数字上变频器的处理速度。最后采用Altera公司的以CycloneⅡ为核心的DE2实验开发板作为硬件实现,完成的内容包括：(1)数字上变频技术基本理论和相关算法的研究及改进；(2)系统中各个功能模块的设计及相应软件编写；(3)各个功能模块软件仿真及FPGA实现；(4)数字上变频器的整体设计及FPGA实现和性能优化。对所设计的数字上变频器的基本功能测试表明：所设计的数字上变频器实现了设计目标。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 软件无线电  10-13
    1.1.1 概述  10-11
    1.1.2 软件无线电的发展概况  11-12
    1.1.3 软件无线电基本结构  12-13
  1.2 数字上变频器简述  13-15
  1.3 本文研究的内容及意义  15-16
第2章 数字上变频的理论基础  16-30
  2.1 Nyquist低通采样定理  16-17
  2.2 多速率信号处理理论  17-24
    2.2.1 整数倍内插  18-20
    2.2.2 取样率变换性质  20
    2.2.4 取样率变换的多级实现  20-21
    2.2.5 多相滤波结构  21-24
  2.3 分布式算法  24-27
  2.4 正交调制理论  27-29
  2.5 数字上变频理论  29
  2.6 本章小节  29-30
第3章 系统方案设计与仿真平台  30-36
  3.1 系统方案设计  30
  3.2 仿真平台  30-35
    3.2.1 DspBuilder简介  30-32
    3.2.2 Modelsim简介  32-33
    3.2.3 QuartusⅡ简介  33-34
    3.2.4 DE2实验开发板简介  34-35
  3.3 本章小结  35-36
第4章 数控振荡器的设计与实现  36-52
  4.1 数控振荡器的工作原理  36
  4.2 查表型数控振荡器  36-43
    4.2.1 查表型数控振荡器的原理  36-39
    4.2.2 查表型数控振荡器的设计与实现  39-43
  4.3 坐标旋转型数控振荡器  43-50
    4.3.1 坐标旋转型数控振荡器的原理  43-45
    4.3.2 坐标旋转型数控振荡器的设计与实现  45-50
  4.4 数控振荡器的选取  50-51
  4.5 本章小结  51-52
第5章 多级内插滤波器的设计与实现  52-92
  5.1 多级内插滤波器的实现结构  52
  5.2 FIR滤波器  52-66
    5.2.1 FIR滤波器的原理  52-53
    5.2.2 FIR滤波器的设计与实现  53-66
  5.3 半带滤波器  66-75
    5.3.1 半带滤波器的原理  66-68
    5.3.2 半带滤波器的设计与实现  68-75
  5.4 积分梳状滤波器  75-86
    5.4.1 积分梳状滤波器的原理  75-82
    5.4.2 积分梳状滤波器的设计与实现  82-86
  5.5 内插二阶多项式补偿滤波器  86-91
    5.5.1 内插二阶多项式补偿滤波器的原理  86-88
    5.5.2 内插二阶多项式补偿滤波器的设计与实现  88-91
  5.6 本章小结  91-92
第6章 数字上变频器的实现  92-98
  6.1 数字上变频器的性能优化  92-93
  6.2 数字上变频器的设计与实现  93-97
  6.3 本章小结  97-98
第7章 结论与展望  98-100
参考文献  100-104
致谢  104

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 倍频器、分频器、变频器 > 变频器、混频器
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