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基于FPGA的软件无线电中频数字接收机的研究

作　者: 张素玲
导　师: 田雨波
学　校: 江苏科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 软件无线电中频数字接收机 FPGA CORDIC算法
分类号: TN851
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着软件无线电理论的日趋成熟和完善,软件无线电技术已经被越来越广泛地应用于现代军事和通信领域中。数字中频技术是目前软件无线电技术中发展最为迅速的一项技术,基于软件无线电技术的中频数字化接收机已经成为现代雷达、通信、测控系统的重要组成部分。因此,研究中频数字化接收机技术具有十分重要的意义。随着可编程逻辑器件密度、规模和速度的快速增长,FPGA(现场可编辑门阵列)在性能、成本、功耗和灵活性等方面显示了无与伦比的优势,采用FPGA来设计电子电路成为目前研究的热点,也是未来设计发展的趋势。本文对如何用FPGA来设计中频数字接收机的问题展开研究,在对软件无线电的通用调制和解调模型进行分析的基础上,设计了软件无线电中频数字接收机系统的整体方案,借助Matlab,ISE和ModelSim开发工具,完成了中频数字接收机的FPGA设计。本文的主要研究工作和成果可归纳如下:(1)针对查表法实现NCO(数控振荡器)存在的缺点,本文对CORDIC(坐标旋转数值计算)算法进行了重点研究,用此算法不仅实现了NCO的设计,也完成了中频数字信号与本振数字信号的混频运算,从而得到了一种免乘法器的高效下变频实现方法。另外,本文采用了全流水线的实现结构,提高了模块的最高时钟频率。(2)分析了CIC(级联积分梳状)滤波器的高效抽取滤波原理,讨论了影响CIC滤波器性能的参数,按照系统指标,设计了五级CIC滤波器,ModelSim仿真结果表明该滤波器有效地实现了采样率的转换。(3)分析了HB(半带)滤波器的工作原理,根据指标要求,设计了一级半带滤波器,实现了对采样率的降半处理。(4)分析了用于实现无码间干扰传输的升余弦滤波器的原理,设计了与发送端相匹配的平方根升余弦滤波器。(5)设计了抽样判决和并/串转换模块,完成了对基带信号的解调输出,最终实现了中频数字接收机的功能。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-9
第1章绪论  9-15
  1.1 研究背景与意义  9-10
  1.2 软件无线电发展状况  10-11
  1.3 国内外数字接收机研究现状  11-13
    1.3.1 国外研究现状  11-12
    1.3.2 国内研究现状  12-13
  1.4 本文研究的主要内容  13-15
第2章软件无线电的结构及相关理论  15-27
  2.1 软件无线电的结构  15-17
    2.1.1 射频低通采样软件无线电结构  15-16
    2.1.2 射频带通采样软件无线电结构  16
    2.1.3 中频带通采样软件无线电结构  16-17
  2.2 软件无线电中的采样理论  17-18
  2.3 软件无线电中的调制算法  18-22
    2.3.1 信号调制通用模型  18-20
    2.3.2 QPSK 信号的调制  20-22
  2.4 软件无线电中的解调算法  22-25
    2.4.1 信号解调通用模型  22-24
    2.4.2 QPSK 信号的解调  24-25
  2.5 本章小结  25-27
第3章中频数字接收机系统方案设计  27-33
  3.1 接收机系统的结构设计  27-28
  3.2 采样频率的确定  28-29
  3.3 系统的速率匹配  29-30
  3.4 设计方式的选择  30-31
  3.5 开发工具和开发语言  31-32
  3.6 本章小结  32-33
第4章中频数字接收机的主要模块设计  33-56
  4.1 NCO 和混频模块  33-40
    4.1.1 查找表法  33-34
    4.1.2 CORDIC 算法原理  34-38
    4.1.3 CORDIC 算法实现NCO  38-39
    4.1.4 CORDIC 算法实现混频  39-40
  4.2 CIC 模块  40-48
    4.2.1 CIC 滤波器理论基础  40-45
    4.2.2 CIC 滤波器参数选择  45-47
    4.2.3 CIC 滤波器的设计  47-48
  4.3 HB 模块  48-50
    4.3.1 半带滤波器原理  48-49
    4.3.2 半带滤波器的设计  49-50
  4.4 FIR 模块  50-55
    4.4.1 升余弦和RRC 滤波器原理  50-52
    4.4.2 RRC 滤波器的设计  52-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章中频数字接收机的FPGA 实现  56-75
  5.1 中频数字信号的产生  56-57
  5.2 NCO 和混频模块的FPGA 实现  57-63
    5.2.1 NCO 模块的FPGA 实现  57-62
    5.2.2 混频模块的FPGA 实现  62-63
  5.3 CIC 模块的FPGA 实现  63-65
  5.4 HB 模块的FPGA 实现  65-67
  5.5 FIR 模块的FPGA 实现  67-68
  5.6 抽样判决模块的FPGA 实现  68-70
  5.7 并/串转换模块的FPGA 实现  70-71
  5.8 接收机整体联调的FPGA 实现  71-73
  5.9 本章小结  73-75
结论  75-77
参考文献  77-81
致谢  81-82
详细摘要  82-86

基于FPGA的软件无线电中频数字接收机的研究

内容摘要

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