陈卓[1]2008年在《基于FPGA的软件无线电DDC设计》文中指出软件无线电DDC(数字下变频)系统作为前端ADC与后端通用DSP器件之间的桥梁,通过降低数据流的速率,把低速数据送给后端通用DSP器件进行处理,其性能的优劣将对整个软件无线电系统的稳定性产生直接影响。采用专用DDC芯片完成数字下变频,虽然具有抽取比大、性能稳定等优点,但价格昂贵,灵活性不强,不能充分体现软件无线电的优势。FPGA工艺发展迅速,处理能力大大增强,相对于ASIC、DSP来说具有吞吐量高、开发周期短、可实现在线重构等诸多优势。正因为这些优点,使得FPGA在软件无线电的研究和开发中起着越来越重要的作用。本次设计的目标是在一块FPGA芯片上实现单通道数字下变频系统。现阶段主要对软件无线电数字下变频器的FPGA实现方法进行了研究分析,重点完成了其主要模块的设计和仿真以及初步的系统级验证。论文首先对软件无线电数字下变频的国内外现状进行了分析,然后对FPGA实现数字下变频设计的优势作了阐述。在对软件无线电理论基础、数字信号处理的相关知识深入研究的基础上重点研究软件无线电数字下变频技术。对数字下变频的NCO、混频、CIC、HB、FIR模块的实现方法进行深入研究,在MATLAB中设定整体系统方案、完成模块划分和接口定义,并对部分模块建立数学模型并仿真、对模块的性能进行优化。从数字下变频的系统层次上考虑了各模块彼此间的性能制约,从而选择合理配置、优化系统结构以获得模块间的性能均衡和系统性能的最优化。最后通过使用编写Verilog程序和调用部分IP Core相结合的方法完成数字下变频各个模块的设计并完成仿真和调试。结果表明设计的思想和结构是正确的,在下一步工作中主要完成系统的板级调试。
张冬玲[2]2002年在《数字下变频技术研究与应用》文中研究指明数字下变频技术是软件无线电中的关键技术之一。该技术不仅有助于提高通信的有效性和可靠性，还对实现真正的软件无线电台有着重要的意义。本文对数字下变频所涉及整数倍采样率转换、非整数倍采样率转换和载波初始频差估计校正作了较深入的研究，并提出了一些实用高效的实现结构和算法。在此基础上，提出了数字下变频技术在可编程数字下变频器HSP50214B中的应用方案。本文还分析了实现数字下变频技术应用所依赖的软硬件平台，给出了使用高速DSP平台初步实现一个具有多模式特点的宽带数字化接收机的结构。
刘伟[3]2017年在《数字下变频技术及其FPGA实现》文中研究说明目前商用的无线电设备大都使用专门的芯片实现,这样在大规模应用时,生产成本较低;但是其开发周期长,对功能的修改特别不方便,每次都需要重新流片,导致设计的成本增高,设计周期增长。软件无线电(Software Defined Radio,SDR)的出现正好弥补了这个缺点,SDR中除了必须用硬件来实现的单元如天线、放大器、混频器、AD/DA等之外,其他单元全都可以用软件的方式实现。这样开发者可以通过软件编程来实现或者改变无线电的功能,而无需修改电路,极大的提高了设计效率。数字下变频(Digital Down Converter,DDC)是SDR系统中十分重要的一部分,其实现SDR系统的频率转换功能,在系统中连接着射频端和数字信号处理端,是整个SDR系统能否成功实现的关键。本文研究的就是SDR中的数字下变频的实现。一个完整的数字下变频系统主要包含下变频模块,采样率转换模块和低通滤波模块。在对数字下变频系统的研究和分析中发现,对于处于一定频率范围内的输入信号,根据频率不同,采样率转换模块的设计也不同,但是下变频模块和低通滤波模块的设计基本相同。也就是说,对于不同的输入信号,设计时只需要设计不同的采样率转换模块,而其他的模块可以直接复用。基于此,本文设计了一个五通道的数字下变频系统,该系统可以处理五种不同频率的输入信号,这种多通道的设计,正是本文设计的创新性所在。本文首先详细介绍了数字下变频技术的原理,并对其中涉及到的几个关键技术做了详细的介绍,然后重点分析数字下变频中各个模块的实现,包括混频模块、采样率转换模块和整形滤波等。再使用Modelsim软件对设计出的模块进行功能仿真验证,分析其时域下的波形,确保设计的正确性;然后使用MATLAB对波形数据进行分析得到频域的频谱图,从而确保设计出的模块达到了要求。最后,论文还采用FPGA对论文所设计的系统进行了仿真和验证,确保了设计的合理性。
裴晓东[4]2006年在《宽带多路信号的数字下变频技术研究及FPGA实现》文中认为随着信息化时代的不断发展,卫星基带处理设备应具有更好的灵活性和开放性。运用可编程器件实现数据处理的大部分功能已经成为卫星通信领域的必然趋势。本课题是中国空间技术研究院西安空间无线电研究所的星上宽带多媒体转发器预先研究项目中基带处理的一部分,主要进行数字下变频技术的理论研究、仿真测试和工程实现等方面的工作。用现场可编程门阵列器件FPGA实现直接数字频率合成、数字混频、数字滤波等功能。另外还对相关高速电路的硬件设计进行理论分析和工艺研究。本文的主要工作包括：(1)结合课题的的设计过程对可编程逻辑器件的结构特点、编程原理及设计流程作了必不可少的论述。(2)论述了Matlab和Xilinx ISE的联合设计,并在课题中充分应用。(3)对直接数字频率合成进行了详细的数学推导和编程实现。(4)完成了数字下变频的理论研究、工程实现和测试分析,对其中的关键技术如抽取与内插,多相滤波技术等作了具体的阐述。(5)用AD9433带通采样芯片实现了高速采样PCB的设计。深入分析了影响高速电路性能的各项因素并给出了硬件电路设计中应注意问题的解决方案。(6)完成了数字下变频整个系统及其各功能模块的仿真和测试工作。
杨永齐[5]2006年在《软件无线电中数字下变频技术的研究与实现》文中认为软件无线电以通用的可编程逻辑器件或数字信号处理器构建硬件平台,以软件方式实现不同应用功能,是当前移动通信领域的研究热点之一。理想的软件无线电是将数字化处理尽可能靠近天线端,直接在射频进行数字化。由于受模数和数模转换器以及数字化处理芯片处理速度的限制,目前的软件无线电系统大多采用折中的中频数字化实现方案,通过增加专用的数字变频器或者采用可编程逻辑器件设计专门的数字下变频器,将射频信号变换到中频,再进行中频数字化处理。改变射频信号的采样频率,在应用上能带来极大灵活性。采用专用DDC芯片完成数字下变频,虽然具有抽取比大、性能稳定等优点,但价格昂贵,灵活性不强,不能充分体现软件无线电的优势。用可编程逻辑器件取代或部分取代专用ASIC芯片可提高数字下变频的灵活性。本文就是针对软件无线电的数字变频技术展开研究,通过对数字下变频的信号处理相关理论和关键模块的分析和设计,研究采用可编程逻辑器件设计数字下变频的实现技术。本文的主要研究工作包括以下几个方面的内容:(1)在总结软件无线电系统中数字下变频技术的基本组成、技术特点和国内外现状的基础上,阐述了数字下变频设计相关的信号采样理论、多速率信号处理理论和数字信号正交变换理论。(2)在掌握数字下变频基本原理的基础上,深入研究其实现的关键技术,包括数字混频技术、NCO优化设计技术以及用于抽取滤波的高效数字滤波器设计技术等,设计了两套数字下变频实现方案。(3)针对本文所设计的数字下变频实现方案,结合某基于软件无线电技术设计的数字通信系统中数字下变频的实际需要,完成了各个功能模块的仿真研究和硬件仿真测试,并对测试结果进行了分析。基于FPGA实现的数字下变频,能充分体现软件无线电系统高的灵活性和宽的适应性,本文所设计的数字下变频系统有一定的通用性。
张孝龙[6]2013年在《基于FPGA的软件无线电上下变频技术的研究与设计》文中认为随着软件无线电理论和应用的日渐成熟，软件无线电在全世界的各个领域得到了广泛关注，在移动通信领域，软件无线电已经得到了广泛应用，软件无线电已成为未来通信技术发展的一个大方向。软件无线电具有很强的灵活性和开放性。随着可编程逻辑器件的快速发展，FPGA（现场可编程门阵列）在性能、功耗、成本等方面展现出巨大的优势，成为目前电子电路设计的热点。所以本文进行了基于FPGA的软件无线电上下变频技术的研究与设计。本文首先对软件无线电上下变频技术进行了研究，在对相关理论研究的基础上，完成了基于FPGA的数字上下变频算法的设计和实现。在数字上变频中，提出并设计完成了利用FPGA和AD9862相结合的数字上变频方案。在数字下变频中，对数字下变频模块中的数控振荡器、积分梳状滤波器、半带滤波器、FIR滤波器分别进行了分析和算法设计。完成了数字下变频的电路设计和下变频系统多级滤波结构的设计，通过多级滤波的方式完成数字下变频设计与实现。最后利用FPGA实现GMSK信号的调制与解调，通过实验室制作的软件无线电实验平台进行系统联调,验证了基于FPGA的软件无线电上下变频技术设计的正确性。设计完成的方案不仅解决了软件无线电中数字上下变频的处理速度瓶颈问题，同时有效满足了软件无线电易扩展的要求。
周晓乐[7]2015年在《数字下变频的设计与实现》文中研究说明软件无线电是无线通信的创新形式,并将推动着无线通信领域的不断创新。随着软件无线电的快速发展,该技术广泛应用于军事和民用通信等领域,数字下变频技术作为其关键技术之一,逐渐成为研究的焦点。FPGA是高速可配置的逻辑电路,具有可编程性、灵活性和高集成性等特点。基于FPGA实现数字下变频,符合软件无线电的灵活开放要求。本文综合考虑FPGA设计中的性能与成本的问题,结合数字下变频算法原理,采用级联方式,根据每级的算法特点,设计数字下变频的高效实现结构。本文主要研究内容如下:本文基于数字下变频原理及其功能,完成了数字下变频的RTL级设计,并进行了功能验证及逻辑综合。首先,在多速率信号处理、CORDIC算法、DA算法和特殊滤波器算法等理论的基础上,根据数字下变频原理及其功能进行系统规划,将其划分为两个大模块:下变频模块和抽取滤波器组模块。然后,基于CORDIC算法设计了具有并行流水线结构的下变频模块,通过一系列移位相加运算,同时完成了数控振荡器产生正余弦波样本和混频器的相乘功能,该结构数据吞吐量大,节省了查找表和两个并行乘法器。最后,依据抽取理论和多相分解技术,结合抽取滤波器组模块中各个模块的算法特点,完成了抽取滤波器组模块中CIC抽取滤波器模块、CIC补偿滤波器模块、HB滤波器模块和FIR滤波器模块的设计。其中,根据易位变换和Nobel恒等式原理,将CIC抽取滤波器模块中的抽取操作放在积分器部分和梳状滤波器部分之间,梳状滤波器部分工作在较低的时钟频率下,所需的延迟单元数量显着减少;利用滤波器系数对称性,采用DA算法结合抽取结构来实现CIC补偿滤波器模块,采用DA算法结合多相结构来实现HB滤波器模块,这两种结构先进行抽取,再进行滤波运算,避免了不必要的运算,有效提高了运算效率;FIR滤波器模块采用串并结合的DA算法结构来实现,该结构节约了硬件资源,并且提高了运算速度。本论文采用MATLAB和Modelsim对设计的RTL级的数字下变频进行功能验证。其中,下变频模块中的CORDIC模块计算正余弦函数的精度达到10-5数量级。将数字下变频的处理结果与MATLAB模型的处理结果进行对比,其相对误差值达到10-5数量级,该精度满足设计要求。本文采用Synopsys公司的综合工具Design Compiler,在SMIC 65nm的标准工艺库下,对数字下变频进行了逻辑综合,该数字下变频的最大工作时钟频率为290.698MHz,综合面积为99496.800420μm2。本设计具有可移植性,便于进行系统的功能扩展和升级,有一定的研究参考价值。
张玮[8]2012年在《数字下变频技术在弹丸回波信号处理中的研究与应用》文中研究表明炮管膛内如运动行程、速度、加速度与时间的关系等参数的测量对于鉴定武器装药特性、火炮身管特性，评价武器系统寿命、安全性和可靠性具有重要意义，因此，不需要对火炮进行改装、不需要专门靶室的微波干涉测量技术逐步成为研究的热点。弹丸回波信号包含了弹丸在炮膛内所有的运动参数信息，所以弹丸回波信号的瞬时频率就成为了研究弹丸在炮膛内运动特征的重要研究对象。由于炮膛内环境较为恶劣，所以使用何种方法进行频率解算并且能在更低信噪比下获得更高的解算精度成为重要问题，本文着重介绍数字下变频技术在信号瞬时频率解算中的应用。论文首先对数字下变频技术进行了系统的介绍，确定系统仿真框图，并且对短时傅立叶变换、数控振荡器、混频器、抽取滤波器和低通滤波器等关键模块进行性能和仿真分析，设定仿真参数以达到所要求的各项性能指标。本文在系统建模时采用短时傅立叶变换来测量信号的瞬时频率，由于短时傅立叶变换窗函数的时间与频率分辨率不能同时达到最优，因而引入自适应窗的概念。粗估后的信号频率与一个低中频信号进行差频，作为数控振荡器的控制输入，完成对数控振荡器的控制。该方法很好的实现了信号频率跟踪，使数控振荡器输出的正交信号随输入信号的频率变换而变化，然后经过抽取和整形滤波，得到低采样率的低中频信号，最后该信号与NCO的输入作和，得到信号的瞬时频率。系统在Simulink中进行仿真，并通过与维格纳变换和希尔伯特变换法的误差分析的对比，验证了该方案测频的可行性。
李尚生[9]2011年在《基于FPGA的数字下变频技术研究》文中认为数字下变频技术作为连接前端ADC器件与后端通用DSP器件之间的纽带,在软件无线电系统中占据了核心地位,其主要功能是:对采样后的中频回波信号进行混频和滤波处理,将其变换至零中频;对零中频数据进行抽取及抗混迭滤波处理,从而降低数据速率以适应后端DSP器件对信号实时处理的要求。本论文以硕士阶段的科研项目《脉冲雷达中频信号处理单元》为依托,研究了数字下变频技术在中频脉冲雷达中的应用,并依据FPGA器件的特性,对经典数字下变频结构中的一些模块以不同的方式实现,选择符合实际工程要求的实现方式。本设计已经在Xilinx公司的Spartan-3A DSP系列的XC3SD3400A芯片上得到了功能实现。本论文的主要工作包括:1.在数字下变频的实现过程中,采用CORDIC算法来产生NCO实时数据。根据CORDIC算法的特点,深入研究了FPGA实现CORDIC算法的两种基本结构:简洁CORDIC状态机结构和快速CORDIC流水线结构。通过仿真验证,得出在工程实现中的最优结构。2.深入研究了FIR滤波器的MAC实现结构、快行FIR滤波器实现结构和FIR滤波器的分布式算法的并行实现结构,并在FPGA上分别实现了上述各种滤波器结构。然后,根据工程的实际需要,对比各种结构在资源占有和运行速度上的优劣,优化了DDC中滤波器的实现结构。3.基于EMIF接口实现了FPGA和DSP之间的通信,并通过该接口实现了由DSP实时配置DDC模块中参数的功能,使得DDC模块具备了较好的通用行和可移植性。
殷兆云[10]2015年在《基于FPGA的软件无线电数字下变频技术的设计》文中提出软件无线电(SDR,Software Defined Radio)作为一个高度可配置的硬件平台,通过软件方式来实现各种功能,是当前通信领域研究的热点。数字下变频技术(DDC,Digital Down Converter)作为软件无线电的核心技术之一,使A/D采样的中频信号搬移到基带,最终目的是完成对信号的提取,其性能的优劣将决定整个软件无线电系统的性能。本文针对软件无线电数字下变频技术展开研究,本文的主要研究包括以下几个方面的内容：1.总结了软件无线电数字下变频技术的研究背景,技术特点以及国内外的研究状况。分析了数字下变频的数字信号处理理论,多速率信号处理理论。2.在掌握数字下变频基本原理的基础上,分析研究了数字下变频各关键模块的技术的方法,包括数字控制振荡(NCO,numerically controlled oscillator)和积分梳状(CIC, Cascaded Integrator-Comb)滤波器、半带(HB,Half-Band)滤波器、以及有限长单位冲激响应(FIR, Finite Impulse Response)滤波器组成的滤波器组。3.使用FPGA完成了对数字下变频各模块的设计,通过模型化的设计理念在Altera公司的系统级设计工具DSP builder中对数字下变频器各模块进行了具体设计,首先运用CORDIC算法的思想来设计实现数字振荡器,采用Altera公司提供的IP CORE实现简单,同时频率分辨率高。片内乘法器实际上起着混频器的作用,在硬件上实现简单。通过采用Matlab FDAtool工具箱与IP核调用的方式在数字滤波器设计,数字抽取滤波器采用CIC滤波器和半带滤波器的级联形式,通过采用分布式算法来实现FIR整形滤波。最后对各个模块进行了系统级仿真测试,测试表明每个模块都能正常工作,满足设计要求。通过用FPGA实现了软件无线电中的关键技术—数字下变频,基于模型化的设计理念,可以根据不同系统的要求来实现实现数字下变频功能,这将成倍的提高开发效率与降低开发难度。因此用FPGA来实现数字下变频具有实际意义和研究价值。
参考文献：
[1]. 基于FPGA的软件无线电DDC设计[D]. 陈卓. 成都理工大学. 2008
[2]. 数字下变频技术研究与应用[D]. 张冬玲. 中国人民解放军信息工程大学. 2002
[3]. 数字下变频技术及其FPGA实现[D]. 刘伟. 西安电子科技大学. 2017
[4]. 宽带多路信号的数字下变频技术研究及FPGA实现[D]. 裴晓东. 西安电子科技大学. 2006
[5]. 软件无线电中数字下变频技术的研究与实现[D]. 杨永齐. 重庆大学. 2006
[6]. 基于FPGA的软件无线电上下变频技术的研究与设计[D]. 张孝龙. 南京邮电大学. 2013
[7]. 数字下变频的设计与实现[D]. 周晓乐. 西安电子科技大学. 2015
[8]. 数字下变频技术在弹丸回波信号处理中的研究与应用[D]. 张玮. 西安电子科技大学. 2012
[9]. 基于FPGA的数字下变频技术研究[D]. 李尚生. 电子科技大学. 2011
[10]. 基于FPGA的软件无线电数字下变频技术的设计[D]. 殷兆云. 广东工业大学. 2015
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