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软件无线电中数字上下变频器的研究与开发

作　者: 叶和忠
导　师: 赵利
学　校: 桂林电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 软件无线电数字上下变频器 CIC滤波器余弦滤波器 ISOP滤波器
分类号: TN92
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在软件无线电收发机中,数字上下变频器是位于高速A/D、D/A和基带信号处理模块之间关键的数字信号处理模块。受目前器件水平的限制,中频数字化是个常用的技术方案。因此,如何应用多抽样率信号处理理论,研究开发一种高效的数字上下变频器对提高软件无线电系统的技术性能具有重要意义。本课题采用软件无线电的思想,以及模块化的设计理念,利用先进的面向模型的开发工具,采用FPGA芯片实现一种基于软件无线电的高速数字收发机中的上下变频器,完成软件无线电的收发机的通信功能。并且采用多抽样率信号处理技术,研究开发了一种高效的抽取滤波器。首先,内插滤波器和抽取滤波器的性能和计算效率将对数字上下变频器的实现产生直接的影响,针对内插滤波器和抽取滤波器存在计算量大,资源消耗多等问题,在对CIC滤波器、级联余弦滤波器和ISOP滤波器分析研究的基础上提出了一种高速率抽取滤波器,即具有补偿功能的级联余弦滤波器,该滤波器具有阻带衰减大,通带波动小,实现结构高效等优点。实验仿真表明,所提出的具有补偿功能的级联余弦滤波器能在数字上下变频器系统中完成高速率抽取滤波和滤除镜像频谱的功能。然后,根据基于DQPSK的无线通信收发机系统要求,对数字上下变频器的实现方案进行设计,采用模块化的设计理念和基于模型的开发方法,利用System Generator开发软件对数字上下变频的各功能模块:数控振荡器、CIC滤波器、HB滤波器、具有补偿功能的级联余弦滤波器、FIR滤波器、四相松尾环等进行设计和仿真验证。通过数字上下变频系统的模型仿真、硬件协同仿真和在基于Xilinx-FPGA和TI-DSP芯片的Lyrtech软件无线电开发平台上实时语音测试表明,所设计的数字上下变频器功能正确,满足项目技术与设计要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-12
  1.1 研究背景  8
  1.2 国内外研究现状  8-9
  1.3 研究目标与内容  9-10
  1.4 研究成果与论文结构  10-12
    1.4.1 研究成果  10
    1.4.2 论文结构安排  10-12
第二章基础理论与关键技术分析  12-26
  2.1 信号采样理论  12-13
    2.1.1 低通信号采样理论–Nyquist采样定理  12
    2.1.2 带通信号采样理论  12-13
  2.2 多抽样率信号处理理论  13-17
    2.2.1 整数倍抽取和整数倍内插  13-15
    2.2.2 多抽样系统的恒定变换  15-16
    2.2.3 多相滤波结构  16-17
  2.3 数控振荡器技术  17-18
  2.4 抽取和内插滤波器  18-21
    2.4.1 CIC滤波器  18-20
    2.4.2 HB滤波器  20-21
  2.5 FIR低通滤波器  21-22
  2.6 载波同步技术  22-26
    2.6.1 载波同步技术  22-23
    2.6.2 四相松尾环  23-26
第三章具有补偿功能的级联余弦滤波器的研究  26-35
  3.1 研究思想  26
  3.2 级联余弦滤波器的分析与设计  26-30
  3.3 具有补偿功能的级联余弦滤波器设计  30-33
  3.4 具有补偿功能的级联余弦滤波器的高效实现结构  33-35
第四章技术方案设计  35-50
  4.1 基于DQPSK的高速数字无线收发机整体方案  35-36
    4.1.1 基于DQPSK的高速数字无线收发机结构  35
    4.1.2 基于DQPSK的高速数字无线收发机指标要求  35-36
    4.1.3 中频采样速率的计算  36
  4.2 数字上下变频器的系统方案设计  36-41
    4.2.1 抽取滤波器和内插滤波器的多级实现方案  36-38
    4.2.2 基于CIC滤波器的整体结构设计  38-40
    4.2.3 基于具有补偿功能的级联余弦滤波器的整体结构设计  40-41
  4.3 模块方案设计  41-50
    4.3.1 NCO模块的实现方案设计  41-42
    4.3.2 CIC滤波器的实现方案设计  42-44
    4.3.3 HB滤波器的实现方案设计  44-46
    4.3.4 基于补偿技术的级联余弦滤波器实现方案设计  46-48
    4.3.5 FIR滤波器的实现方案设计  48-49
    4.3.6 四相松尾环实现方案设计  49-50
第五章建模设计与仿真  50-65
  5.1 System Generator开发工具及流程  50-51
  5.2 NCO模块建模设计与仿真  51-52
  5.3 CIC滤波器建模设计与仿真  52-54
    5.3.1 CIC抽取滤波器  52-53
    5.3.2 CIC内插滤波器  53-54
  5.4 HB滤波器的建模设计与仿真  54-57
    5.4.1 HB抽取滤波器  54-56
    5.4.2 HB内插滤波器  56-57
  5.5 具有补偿功能的级联余弦滤波器的建模设计与仿真  57-60
    5.5.1 抽取滤波功能  57-59
    5.5.2 内插滤波功能  59-60
  5.6 FIR滤波器建模设计与仿真  60-61
  5.7 四相松尾环的建模设计与仿真  61-62
  5.8 数字上下变频系统仿真与验证  62-65
第六章系统硬件仿真与联合调试  65-74
  6.1 硬件平台介绍  65-66
  6.2 系统硬件协同仿真  66-69
  6.3 系统联调与实时语音测试  69-74
    6.3.1 系统联调方案与流程  69-71
    6.3.2 系统实时仿真与结果测试  71-74
第七章总结与展望  74-76
  7.1 总结  74-75
  7.2 未来工作展望  75-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
作者在攻读硕士期间主要研究成果  80

软件无线电中数字上下变频器的研究与开发

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