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【6h】

软件无线电数字下变频组成模块的研究与分析

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1绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

2数字下变频技术理论基础

2.1信号采样理论

2.1.1基本信号采样理论--Nyquist采样定理

2.1.2带通信号采样理论

2.1.3软件无线电中的宽带中频采样理论

2.2多速率信号处理理论

2.2.1抽取

2.2.2整数倍内插

2.2.3抽样率的分数倍变换

2.2.4抽取内插器的实时处理结构--多相滤波结构

2.3采样率变换的多级实现

2.4本章小结

3数字下变频电路实现结构及实现方式

3.1数字下变频电路的实现结构

3.1.1基于数字混频正交变换的实现结构

3.1.2基于多相滤波的实现方式

3.2数字下变频的实现方式

3.2.1 DDC+DSP并行处理组合方式

3.2.2参数化ASIC+DSP组合方式

3.2.3 FPGA实现方式

3.3本章小结

4数字下变频模块的研究与分析

4.1数字下变频原理与算法

4.1.1数字信号的希尔伯特(HiIbert)变换

4.1.2数字混频原理及正交混频变换结构

4.1.3数字下变频的特点及性能分析

4.2数控振荡器(NCO)的设计与性能分析

4.2.1基于查找表的NCO传统设计方法

4.2.2基于CORDIC算法的改进NCO设计与性能分析

4.2.3 CORDIC方式的NCO设计

4.3本章小结

5多速率转换高效滤波器组模块的研究与分析

5.1积分梳状(CIC)滤波器研究与设计

5.1.1 CIC滤波器的基本理论

5.1.2 CIC滤波器性能分析及设计

5.1.3多级CIC滤波器的FPGA实现

5.2半带抽取滤波器研究与设计

5.2.1半带滤波器的基本理论

5.2.2半带滤波器模块的设计

5.2.3半带滤波器的FPGA实现方法

5.3本章小结

6结论

6.1总结

6.2后期工作展望

参考文献

作者攻读硕士期间完成的学术论文目录

致谢

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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。其中心思想是:构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台,将各种功能用软件来完成,并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线,把接收到的信号尽早数字化。鉴于目前器件水平的限制,现阶段尚无法对射频直接采样,只能采用中频化数字方案,通过数字下变频系统将数字中频信号转化为数字基带信号,再进行基带部分的数字信号处理,这就使得数字下变频成为软件无线电的关键技术之一。软件无线电DDC(数字下变频)系统作为前端ADC与后端通用DSP器件之间的桥梁,通过降低数据流的速率,把低速数据送给后端通用DSP器件进行处理,其性能的优劣将对整个软件无线电系统的稳定性产生直接影响。 本文主要对软件无线电数字下变频的FPGA高效实现方法进行研究,重点完成了各组成模块的算法分析及算法优化,QUARTUS II开发环境下的VHDL程序设计、时序仿真以及综合。仿真结果表明所采用的优化设计的思想和结构是正确的,同时又实现了提高运算效率与节约硬件资源的目标,为下一步系统级的设计与测试工作提供了重要的理论基础以及大量的前期准备。 论文分析了国内外对于软件无线电数字下变频技术的研究背景及研究现状。阐述了数字下变频技术的理论基础,并在此基础上介绍了数字下变频电路的两种实现结构及相应特点。对目前典型的三种数字下变频硬件实现方式进行比较,并在此基础上得出了采用FPGA来实现数字下变频的原因与优势。对其中的数字下变频模块以及多速率转换滤波器组模块中的NCO、混频、CIC、HB的实现方法进行深入研究,对以上模块建立数学模型并进行MATALB仿真,优化各模块的性能。本文提出查表方式和CORDIC方式的NCO设计方法,并就基于CORDIC算法的NCO设计参数对于相关性能的影响进行了仔细分析;通过将两种设计FPGA实现的仿真和综合结果进行比对显示出CORDIC方式NCO设计的突出优势:在多速率转换滤波器组模块的设计中采用分布式算法(DA)来设计半带(HB)滤波器并对该算法进行优化,有效节约硬件逻辑资源,提高计算效率。

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