基于FPGA的软件无线电中频数字接收机的研究

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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。
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