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软件无线的核心思想是尽量将AD/DA推向射频,但是由于AD/DA技术的限制,只有带通采样的结构是可以实现的,即数字中频结构。所以数字中频技术成为了无线通信领域的研究热点之一。由于数字中频的关键模块具体有实现结构简单,但需要高速并行处理的特点,所以FPGA的可编程性、灵活性尤其适用于数字中频信号处理。
本文的主要研究内容如下:
1、研究了数字中频的Nyquist采样定理、带通采样定理、抽取和内插滤波以及在FPGA实现中行之有效的信号重定时理论。
2、着重研究了数字混频模块、抽取滤波模块和波峰因子衰减模块在FPGA中的实现结构。在抽取滤波部分,从数字电路的关键路径延迟、系统迟滞以及寄存器位宽增长3个方面详细阐述了CIC滤波器、船滤波器和半带滤波器的性能和适用环境。其中CIC滤波器适用于高速窄带信号滤波,HB滤波器尤其适用于2倍抽取滤波,FIR滤波器更适用于低速宽带信号滤波。在波峰因子衰减模块,以OFDM信号为例,分析了现有的CFR算法的优缺点,改进了现有的限幅方法,有利于降低信号PAR和带外频谱增长。
3、确定了数字下变频系统的实现方案,提出了一个联合考虑中频采样率,中频载频和第一级CIC滤波器抽取因子的参数选择方法,巧妙利用CIC滤波器的频谱零点,以滤除混频后的2倍频频谱。运用第三章涉及的方法在FPGA上高效的实现了下变频系统,减少了FPGA的资源消耗,并使用Modelsim软件对系统进行时序仿真验证。