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宽带数字化下变频器的研究与设计

作　者: 于航
导　师: 张林波
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 软件无线电下变频器直接数字频率合成杂散混频镜像频谱
分类号: TN773
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着无线电技术的不断发展,从最开始的模拟无线通信到数字无线通信,再到现在热门的软件无线电,通信技术的不断发展给通信设备提出了更高的要求。下变频器作为无线电接收机中从天线到解调电路之间的桥梁,其性能的好坏直接影响着通信设备的灵敏度以及其他多项重要指标。传统的下变频器多采用模拟结构,虽然性能较好,但是由于模拟电路体积庞大、系统冗余,尤其是滤波器的设计尤为复杂,因此给设计制作与调试带来了诸多不便。由数字电路构成的下变频器可以很容易的解决这个问题,将由天线接收的信号直接用模数转换器采样量化,然后在高速数字信号处理器件中进行下变频、滤波等数字信号处理,这样整个系统会相对简洁,基本上所有信号处理都由软件完成,灵活性非常高。受限于模数转换器的采样速率,被采样信号的带宽不能太宽,因此宽带数字下变频器的设计则成为了当前研究的热点。本文针对宽带数字下变频器,通过对相关的正交下变频技术与直接数字频率合成技术的研究,提出了一种全新的解决方案,本方案是利用直接数字频率合成器输出频谱杂散进行混频的正交数字下变频器。以往直接数字频率合成器的输出频率会比较低,但通过对直接数字频率合成器输出频谱的研究发现,直接数字频率合成器的输出不仅存在主要的基频而且还存在很多频率较高的镜像频谱。下变频器的混频就是利用这些镜像频谱作为正交本振,进而实现宽带数字下变频的。本文首先对数字下变频所需要的信号采样、多速率信号处理以及正交变频相关理论进行了深入分析。其次通过对直接数字频率合成器输出频谱的分析提出了镜像频谱混频方案,根据此方案设计了宽带数字下变频系统,并对各部分模块进行设计仿真。最后通过实验测试表明宽带数字下变频器的性能达到了预期目标,说明采用直接数字频率合成器输出镜像频谱混频设计的宽带数字下变频器是切实可行的。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 引言  11-12
  1.2 软件无线电中前端关键技术  12-13
  1.3 数字下变频器的国内外研究现状  13-14
  1.4 本文的主要工作  14
  1.5 本文具体内容安排  14-15
第2章数字下变频技术理论基础  15-39
  2.1 信号采样技术  15-22
    2.1.1 低通采样  15-16
    2.1.2 内插公式  16-17
    2.1.3 带通采样  17-18
    2.1.4 过采样  18-19
    2.1.5 转换器参数  19-22
  2.2 多速率信号处理  22-33
    2.2.1 整数倍抽取重采样  23-25
    2.2.2 采样率的有理数倍变换  25-26
    2.2.3 多相结构与多级实现  26-29
    2.2.4 多级采样率转换的实现结构  29
    2.2.5 积分梳状滤波器与半带滤波器  29-33
  2.3 数字下变频  33-38
    2.3.1 数字下变频原理  33-35
    2.3.2 正交数字下变频的实信号频谱分析  35-37
    2.3.3 正交数字下变频的组成  37-38
  2.4 本章小结  38-39
第3章直接数字频率合成的原理及频谱分析  39-57
  3.1 理想情况下DDS输出频谱分析  41-46
  3.2 实际情况下DDS的输出信号频谱分析  46-55
    3.2.1 实际情况下DDS的杂散分量来源  46
    3.2.2 实际情况下DDS杂散分析的数学模型  46-47
    3.2.3 相位截断误差分析  47-50
    3.2.4 幅度量化误差分析  50-53
    3.2.5 杂散功率计算  53-55
  3.3 直接数字频率合成器杂散应用  55-56
  3.4 本章小结  56-57
第4章宽带数字下变频器的设计与实现  57-74
  4.1 宽带数字下变频器系统技术指标  57
  4.2 宽带数字下变频器总体方案设计  57-58
  4.3 前置带通滤波器设计  58-60
  4.4 宽带混频器的选择  60-62
    4.4.1 AD831组成及主要特点  60-61
    4.4.2 宽带有源混频器的设计  61-62
  4.5 宽带正交本振的设计  62-68
    4.5.1 正交本振方案选择  62-63
    4.5.2 直接数字频率合成器的选择  63-64
    4.5.3 AD9954芯片介绍  64-66
    4.5.4 正交直接数字频率合成器本振设计  66-68
  4.6 模数转换器以及FPGA设计  68-73
    4.6.1 模数转换器的选择与设计  68-69
    4.6.2 FPGA数字采集系统设计  69-73
  4.7 本章小结  73-74
第5章宽带数字下变频器的测试结果与分析  74-80
  5.1 直接数字频率合成器输出频谱测试  74-76
  5.2 系统测试  76-79
    5.2.1 系统测试方案  76-77
    5.2.2 系统测试结果  77-79
  5.3 本章小结  79-80
结论  80-81
参考文献  81-84
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  84-85
致谢  85

宽带数字化下变频器的研究与设计

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