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文檔簡介
1、無線通信技術的飛速發(fā)展使得電磁頻譜的檢測管理越來越重要。具有寬帶信號采樣、深存儲捕獲、實時寬帶譜分析、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g的實時頻譜分析儀對頻譜監(jiān)測工作提供了有力的保障。建立實時頻譜分析儀中的寬帶數(shù)字中頻系統(tǒng)將為我國寬帶信號的頻譜分析儀的研究、開發(fā)、設計與應用提供理論基礎和技術支持。本文主要討論了寬帶數(shù)字中頻系統(tǒng)的邏輯設計與實現(xiàn)。
首先從闡述全數(shù)字中頻處理技術的基礎理論入手,本文對信號采樣理論、數(shù)字下變頻理論、采樣率變換理論、快
2、速傅里葉變換理論進行分析和探討。在此基礎上結合寬帶數(shù)字中頻系統(tǒng)的應用需求,提出了適合于FPGA實現(xiàn)的寬帶數(shù)字中頻系統(tǒng)處理方案:首先采用帶通采樣定理對模擬中頻信號進行采樣,接著采用數(shù)字下變頻將中頻信號移至零頻,又在保證有效信號不失真的前提下,對高速率的數(shù)據(jù)進行抽取濾波處理,得到低速率基帶信號,在此基礎上完成后續(xù)的FFT處理,提取所需的頻譜信息,實現(xiàn)整個頻譜儀的頻譜測量功能。
接著本文論述了FPGA中各模塊的設計與實現(xiàn),包括數(shù)字下
3、變頻模塊、采樣率轉換模塊和快速傅里葉變換模塊。數(shù)字下變頻模塊中,結合具體的采樣頻率、中頻頻率,在數(shù)字混頻理論的基礎上提出了一種免去硬件乘法的定點混頻算法。同時利用混頻后結果的特殊性,設計了一種只需普通FIR濾波器四分之一乘法器的低通抽取濾波器,并用FPGA實現(xiàn)。采樣率轉換模塊中,結合Sinc插值算法理論,提出了一種1~2倍抽取濾波器結構,實現(xiàn)了信號的小數(shù)倍抽取。同時在FPGA中利用1~2倍抽取濾波器與半帶濾波器的級聯(lián),進行任意倍的采樣率
4、轉換??焖俑道锶~變換模塊中,結合離散信號的加窗與分幀原理,先對信號進行加窗與分幀,然后利用FPGA中的FFT IP核對信號進行快速傅里葉變換。
在此基礎上,本文還論述了寬帶數(shù)字中頻系統(tǒng)中板卡的硬件結構??傮w介紹了寬帶數(shù)字中頻系統(tǒng)硬件結構中的四個模塊:數(shù)字中頻信號處理模塊、大容量數(shù)據(jù)存儲模塊、PCIe模塊、DSP模塊,并給出了各個模塊的原理圖與整個中頻系統(tǒng)的PCB圖。此外本文還重點重點介紹了數(shù)字中頻信號處理模塊,說明了該模塊中A
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