基于FPGA的宽带数字下变频的实现.pdf

摘要
摘要
随着近年来软件无线电理论趋于成熟,软件无线电技术已经被越来越广泛地
应用于雷达通信以及各种军用和民用的无线通信系统中。
数字下变频是将中频信号搬移至零中频且使信号速率降至适宜通用数字信号
处理器处理速率的技术,它工作在输入的模拟信号经过 ADC 器件采样之后,后续
的数字信号处理之前,是软件无线电的核心部分,也是决定其性能的关键因素之
一,是实现用软件来完成原来需要硬件完成的工作的关键。
宽带信号需要在中频(或射频)直接采样,采样后的高数据率对后续数字信号处
理和整个系统的协调工作带来了很大的压力。因此我们需要改进数字下变频器的
结构,使宽带数字下变频能在 FPGA 上实现。
本文正是从 FPGA 设计与实现宽带数字下变频问题开展研究,在一种对参数
有要求的宽带数字下变频的基础上,提出了它的改进结构,此结构对参数没有要
求,适应性更强。经验证,该结构能够达到系统指标要求。本文的主要内容为:
1、首先介绍了数字下变频的基本理论和结构,对完成各级数字信号处理所涉
及到的 CORDIC 算法、多相滤波结构、DA 算法等关键算法做了介绍和分析。
2、分析和比较了两种宽带数字下变频的实现结构,对经典的结构进行了改进,
并通过计算机仿真验证了方案的可行性。对设计 FIR 滤波器所使用的 DA 算法进
行了改进,使用并串结构以提高速度和减少 FPGA 资源消耗。对实现数字混频器
模块所使用的 CORDIC 算法也进行了改进。
3、在现有的硬件平台上完成了对该数字下变频系统的测试,最后的测试结果
验证了所设计的宽带数字下变频的正确性和有效性。

关键字:宽带信号、数字下变频、现场可编程门阵列、多相滤波、坐标旋转数值
计算、分布式算法
ABSTRACT
ABSTRACT
With the theory getting more matured pleted, software radio (SR)
technology has been widely used in munication system as well as other civil
and military.
Digital down converter (DDC) converts digitized IF data into filtered base band
data which can be processed by a standard digital signal processor (DSP)
microprocessor. It works after the analog-digital conversion and prior to the latter
process to the input digital signal. It is the core part of SR and the key factor of the
performance. Only by DDC, the data processing work which used to be handled by
hardware can be done by software.
Wideband signal generally sample analog signals at intermediate or radio
frequency. It is a challenge for latter digital processing and whole system control.
Therefore, we need to improve the structure of DDC, so that the DDC to the high-speed
data streams after sampling can be implemented in the FPGA.
In this dissertation, the method to design and realize the DDC in the field
programmable gate array (FPGA) has been discussed. And promotes an improved
structure base on a parameters required wideband digital down converter; this improved
structure does not require parameters, an