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基于FPGA的数字下变频技术研究与实现

作　者: 杨亚宁
导　师: 索继东
学　校: 大连海事大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 数字下变频软件无线电数字滤波器 FPGA DSP
分类号: TN773
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

数字下变频(DDC:Digital Down Convert)是将中频信号数字下变频至零中频且使信号速率下降至适合通用DSP器件处理速率的技术。实现这种功能的数字下变频器是软件无线电的核心部分。采用专用DDC芯片完成数字下变频,虽然具有抽取比大、性能稳定等优点,但价格昂贵,灵活性不强,不能充分体现软件无线电的优势。FPGA工艺发展迅速,处理能力强,相对于ASIC、DSP来说具有吞吐量高、开发周期短、可实现在线重构等诸多优势。正因为这些优点,使得FPGA在软件无线电的研究和开发中起着越来越重要的作用。本文在分析软件无线电和数字信号处理等相关技术的基础上,研究了基于FPGA的软件无线电数字下变频技术实现方法。本文首先研究分析了数字下变频NCO模块、CIC滤波器模块、HB滤波器模块以及FIR滤波器模块的主要实现算法及其改进,并确定各模块的实现方式。然后通过MATLAB仿真选择合适的参数,再在Xilinx公司的ISE10.0开发环境下,编写Verilog程序完成了数字下变频器中NCO、CIC积分梳状滤波抽取器、HB滤波器和FIR滤波器等关键模块设计,并利用Modelsim软件对各设计模块的实现方法进行了仿真。仿真结果表明,设计的各个模块及系统整体功能都达到系统设计要求,验证了设计的正确性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-13
  1.1 软件无线电的概念及发展概述  9-10
  1.2 数字下变频技术在软件无线电中的应用及研究现状  10-11
  1.3 FPGA实现数字下变频的应用和优势  11-12
  1.4 本文的组织结构  12-13
第2章数字下变频的理论基础  13-23
  2.1 信号采样理论  13-15
    2.1.1 Nyquist采样定理  13-14
    2.1.2 带通信号采样定理  14-15
  2.2 数字混频正交变换  15-17
  2.3 多速率信号处理理论  17-20
  2.4 数字滤波器理论  20-23
第3章数字下变频器的主要算法及改进  23-33
  3.1 积分梳状滤波器(CIC)滤波器  23-27
  3.2 HB滤波器  27-28
  3.3 FIR滤波器  28-33
    3.3.1 线性相位FIR滤波器特点  28-30
    3.3.2 分布算术式FIR滤波器  30-33
第4章数字下变频器的FPGA设计与实现  33-56
  4.1 FPGA开发工具介绍  33-34
  4.2 数字下变频设计整体结构  34-35
  4.3 NCO模块的设计  35-41
    4.3.1 基于DDS的NCO设计  35-38
    4.3.2 基于CRODIC算法的NCO实现  38-41
    4.3.3 两种方案的对比  41
  4.4 数字混频模块设计  41-42
  4.5 CIC滤波器模块的设计及改进  42-48
    4.5.1 5级CIC滤波器模块设计  42-45
    4.5.2 Hogenauer CIC滤波器的实现  45-48
  4.6 HB滤波器模块的设计与仿真  48-50
    4.6.1 HB滤波器的参数设计  48
    4.6.2 HB滤波器的FPGA设计与仿真  48-50
  4.7 FIR滤波器模块的设计与仿真  50-52
  4.8 数字下变频设计整体测试  52-56
第5章结论与展望  56-57
  5.1 结论  56
  5.2 展望  56-57
参考文献  57-60
附录A:混频模块程序  60-62
附录B:改进的Hogenauer CIC滤波器主程序  62-66
攻读学位期间发表的论文  66-67
致谢  67-68

基于FPGA的数字下变频技术研究与实现

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