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数字下变频的FPGA实现

作　者: 王春来
导　师: 彭华
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 软件无线电 数字下变频 积分梳状滤波器 FIR滤波器 现场可编程门阵列
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


软件无线电以通用的可编程逻辑器件或数字信号处理器构建硬件平台,以软件方式实现不同应用功能,是当前移动通信领域的研究热点之一。由于受模数和数模转换器以及数字化处理芯片处理速度的限制,目前的软件无线电系统大多采用折中的中频数字化实现方案,在中频上对信号进行数字化采样,然后使用数字下变频芯片完成信号从中频采样到基带采样的转换,以利于通用DSP或者FPGA的处理。数字下变频芯片可以采用专用的DDC芯片或者可编程逻辑器件编程实现,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。用可编程逻辑器件取代或部分取代专用ASIC芯片可提高数字下变频的灵活性[18]。在实际设计中,我以美国Intersil公司的ISL5416芯片为模板,在FPGA上实现了数字下变频的设计。在整体结构上参考了该芯片的架构[21][22],同时又融入了自己独特的滤波器设计方法,使设计的下变频器有了更好的性能、更宽的处理带宽、更多的通道处理能力。本文的主要研究工作包括以下几个方面的内容(1)归纳总结了软件无线电系统中数字下变频技术的基本组成、技术特点和国内外现状,重点研究了数字下变频设计相关的信号采样理论、多速率信号处理理论和数字信号正交变换理论。(2)在掌握数字下变频基本原理的基础上,详细介绍了在FPGA中实现数字下变频器时各关键模块的实现方法,研究了FPGA设计中各模块的性能。(3)在实现数字下变频器硬件设计中,研究了滤波器参数的实时设计方法,并针对该设计中滤波器的参数设计提出了实现方案。(4)完成了基于FPGA的DDC的设计与实现,并在同等条件下比较了其与商用的DDC芯片ISL5416的性能。

全文目录


摘要  8-9
Abstract  9-10
第一章 引言  10-13
  1.1 软件无线电发展现状  10-11
  1.2 数字下变频技术的发展现状  11
  1.3 论文研究的意义及内容安排  11-13
第二章 数字下变频的基本原理  13-23
  2.1 NCO 实现方法  13-16
    2.1.1 基于查找表的NCO 实现  13-14
    2.1.2 CORDIC 原理  14-15
    2.1.3 基于CORDIC 算法的NCO 实现  15-16
  2.2 CIC 滤波器  16-18
    2.2.1 CIC 滤波器基本组成  16-17
    2.2.2 CIC 滤波器频率特性  17-18
  2.3 FIR 滤波器  18-19
  2.4 多速率信号处理  19-22
    2.4.1 整数倍抽取  19-20
    2.4.2 整数倍内插  20-21
    2.4.3 分数倍变换和抽样率变换性质  21-22
  2.5 小结  22-23
第三章 DDC 的FPGA 设计与实现  23-38
  3.1 DDC 总体设计和各模块功能介绍  23-25
    3.1.1 DDC 总休设计  23-24
    3.1.2 DDC 各部分功能模块介绍  24-25
  3.2 NCO 子模块的设计实现与性能分析  25-29
    3.2.1 NCO 子模块的FPGA 设计  25-28
    3.2.2 NCO 子模块的性能分析  28-29
  3.3 桶形移位寄存器设计实现  29-30
  3.4 CIC 子模块的设计实现与性能分析  30-31
    3.4.1 CIC 滤波器的FPGA 设计  30-31
    3.4.2 CIC 滤波器的性能分析  31
  3.5 FIR 抽取子模块的设计实现与性能分析  31-34
    3.5.1 FIR 抽取滤波器的计算方式分析及设计  31-34
    3.5.2 FIR 滤波器的性能分析  34
  3.6 重采样滤波器的设计实现与性能分析  34-36
    3.6.1 重采样滤波器的FPGA 设计  34-36
    3.6.2 重采样滤波器的性能分析  36
  3.7 小结  36-38
第四章 数字下变频器设计中各种滤波器参数的设计  38-44
  4.1 ISL5416 芯片介绍  38
  4.2 用FPGA 设计的数字下变频器基本结构介绍  38-39
  4.3 ISL5416 芯片与FPGA 实现的DDC 参数设计  39-41
  4.4 数字下变频滤波器参数实时设计方法  41-43
  4.5 小结  43-44
第五章 数字下变频器应用平台设计与性能验证  44-47
  5.1 FPGA 芯片选择  44
  5.2 DDC 应用平台介绍  44-45
  5.3 DDC 的性能测试  45-47
结论  47-48
致谢  48-49
参考文献  49-50
附录A CIC 抽取滤波器的系统函数推导  50-51
附录B 凯撒窗函数计算方法  51-52
作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作  52

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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 > 数字电路 > 逻辑电路
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