數(shù)字下變頻的設計與實現(xiàn).pdf

1、軟件無線電是無線通信的創(chuàng)新形式，并將推動著無線通信領域的不斷創(chuàng)新。隨著軟件無線電的快速發(fā)展，該技術廣泛應用于軍事和民用通信等領域，數(shù)字下變頻技術作為其關鍵技術之一，逐漸成為研究的焦點。FPGA是高速可配置的邏輯電路，具有可編程性、靈活性和高集成性等特點?；贔PGA實現(xiàn)數(shù)字下變頻，符合軟件無線電的靈活開放要求。本文綜合考慮FPGA設計中的性能與成本的問題，結合數(shù)字下變頻算法原理，采用級聯(lián)方式，根據(jù)每級的算法特點，設計數(shù)字下變頻的高效實現(xiàn)

2、結構。本文主要研究內容如下：
　　本文基于數(shù)字下變頻原理及其功能，完成了數(shù)字下變頻的RTL級設計，并進行了功能驗證及邏輯綜合。首先，在多速率信號處理、CORDIC算法、DA算法和特殊濾波器算法等理論的基礎上，根據(jù)數(shù)字下變頻原理及其功能進行系統(tǒng)規(guī)劃，將其劃分為兩個大模塊：下變頻模塊和抽取濾波器組模塊。然后，基于CORDIC算法設計了具有并行流水線結構的下變頻模塊，通過一系列移位相加運算，同時完成了數(shù)控振蕩器產(chǎn)生正余弦波樣本和混頻器的

3、相乘功能，該結構數(shù)據(jù)吞吐量大，節(jié)省了查找表和兩個并行乘法器。最后，依據(jù)抽取理論和多相分解技術，結合抽取濾波器組模塊中各個模塊的算法特點，完成了抽取濾波器組模塊中CIC抽取濾波器模塊、CIC補償濾波器模塊、HB濾波器模塊和FIR濾波器模塊的設計。其中，根據(jù)易位變換和Nobel恒等式原理，將CIC抽取濾波器模塊中的抽取操作放在積分器部分和梳狀濾波器部分之間，梳狀濾波器部分工作在較低的時鐘頻率下，所需的延遲單元數(shù)量顯著減少；利用濾波器系數(shù)對稱

4、性，采用DA算法結合抽取結構來實現(xiàn)CIC補償濾波器模塊，采用DA算法結合多相結構來實現(xiàn)HB濾波器模塊，這兩種結構先進行抽取，再進行濾波運算，避免了不必要的運算，有效提高了運算效率；FIR濾波器模塊采用串并結合的DA算法結構來實現(xiàn)，該結構節(jié)約了硬件資源，并且提高了運算速度。
　　本論文采用MATLAB和Modelsim對設計的RTL級的數(shù)字下變頻進行功能驗證。其中，下變頻模塊中的CORDIC模塊計算正余弦函數(shù)的精度達到10-5數(shù)量級