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基于FPGA的短波数字中频系统的软件设计与实现

作　者: 郭永刚
导　师: 陈勇；汪全国
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: FPGA DDS A/D D/A 数字上变频数字下变频
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

短波通信是指频率为3MHz-30MHz的无线电通信。在这个频率范围,电波可以通过高空中的电离层进行反射和折射,最后又回到地面,从而达到远距离通信的目的。在军事通信方面,发挥了独特的重要作用,并且是战略通信手段之一。本论文就是根据短波电台要求,提出一种基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的短波数字中频实现方法,并具体设计实现这种短波数字中频平台,通过仿真和测试,来验证此平台的正确和实用性。本文内容共分为五章。第一章主要介绍本课题的研究背景、研究意义及研究内容等;第二章主要介绍中频数字系统基本理论,包括信号采样定理、多速率信号处理理论、数字滤波器理论及数字信号正交变换理论;第三章从系统及软件工程角度,对需求分析进行说明,给后面的设计与实现工作提供指导;第四章是本论文的重点,首先介绍了DDS的原理,然后重点论述短波数字中频A/D和D/A的接口设计、数字下变频的设计、数字上变频的设计,并对设计进行仿真,给出仿真结果及图;第五章主要给出设计的具体实现及测试。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 选题依据  9-10
  1.2 课题研究现状  10-11
  1.3 课题研究的意义  11-12
  1.4 课题研究内容  12
  1.5 论文结构  12-14
第二章中频数字系统基本理论  14-26
  2.1 信号采样理论  14-17
    2.1.1 Nyquist 采样定理  14-15
    2.1.2 带通采样理论  15-16
    2.1.3 短波无线电台中的采样理论  16-17
      2.1.3.1 中频低通采样  16
      2.1.3.2 宽带中频采样  16-17
  2.2 多速率信号处理  17-19
    2.2.1 整数倍抽取  17-18
    2.2.2 整数倍内插  18-19
  2.3 数字滤波器  19-24
    2.3.1 FIR 滤波器  19-20
    2.3.2 半带滤波器  20-21
    2.3.3 积分梳状滤波器  21-24
  2.4 数字信号的正交变换  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章系统及软件需求说明  26-31
  3.1 开发的目的  26
  3.2 开发的目标  26-27
  3.3 收通道功能  27
  3.4 发通道功能  27
  3.5 软件需求  27-28
    3.5.1 语言  27
    3.5.2 软件设计方法  27
    3.5.3 可综合的编码风格要求  27-28
  3.6 电路性能要求  28-30
    3.6.1 外部接口要求  28-29
    3.6.2 内部模块要求  29-30
  3.7 本章小结  30-31
第四章短波数字中频系统设计  31-52
  4.1 FPGA 外部接口的软硬件设计  31-36
    4.1.1 FPGA 与 DSP 的接口  31-34
    4.1.2 FPGA 与 ADC 的接口  34-35
    4.1.3 FPGA 与 DAC 的接口  35-36
  4.2 数字下变频器的设计  36-49
    4.2.1 NCO 的设计  37-42
      4.2.1.1 查表法NCO 的原理  38-39
      4.2.1.2 几个重要参数的确定  39-40
      4.2.1.3 NCO 处理流程  40-41
      4.2.1.4 NCO 的仿真  41-42
    4.2.2 CIC 抽取滤波器设计  42-45
      4.2.2.1 CIC 抽取滤波器级数的确定  43-44
      4.2.2.2 CIC 抽取滤波器的仿真  44-45
    4.2.3 HB 抽取滤波器设计  45-47
      4.2.3.1 HB 滤波器阶数的确定  45
      4.2.3.2 HB 滤波器的仿真  45-47
    4.2.4 FIR 整形滤波器设计  47-49
  4.3 数字上变频的设计  49-51
    4.3.1 FIR 内插滤波器的设计  49-51
    4.3.2 CIC 内插滤波器的设计  51
  4.4 本章小结  51-52
第五章各模块的软件实现及系统测试  52-66
  5.1 NCO 的软件实现  52-55
  5.2 数字混频器的实现  55
  5.3 DDC 中各模块的软件实现  55-61
    5.3.1 CIC 抽取滤波器  55-59
      5.3.1.1 积分模块的软件实现  55-56
      5.3.1.2 抽取模块的软件实现  56-57
      5.3.1.3 梳妆模块的实现  57-59
    5.3.2 HB 抽取滤波器的实现  59
    5.3.3 FIR 整形滤波器的实现  59-61
  5.4 DUC 中滤波和内插模块的实现  61-63
    5.4.1 滤波器的实现  61-62
    5.4.2 内插模块的实现  62-63
  5.5 性能测试  63-65
  5.6 本章小结  65-66
结束语  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-70
附录1:专有名词及缩略语  70-71
附录2:攻硕期间取得的研究成果  71-72

基于FPGA的短波数字中频系统的软件设计与实现

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