寬帶數(shù)字接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).pdf

1、數(shù)字化技術(shù)的高速發(fā)展使寬帶數(shù)字接收機(jī)的研制成為可能，同傳統(tǒng)的模擬接收技術(shù)相比，它具有高分辨率、高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)、靈活可變等許多優(yōu)點(diǎn)。寬帶、大動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度的數(shù)字接收機(jī)在數(shù)字陣列雷達(dá)、雷達(dá)成像、深空探測、反隱身、高概率截獲和寬帶通信中有著廣闊的應(yīng)用前景。在軟件無線電理論中，要求A/D和D/A盡可能靠近天線，數(shù)字化后的信號(hào)用通用、開放的硬件平臺(tái)或軟件進(jìn)行處理，寬帶數(shù)字接收機(jī)也是實(shí)現(xiàn)軟件無線電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，研究高性能的寬帶數(shù)字接

2、收機(jī)，對適應(yīng)現(xiàn)代復(fù)雜電磁環(huán)境和各種無線電接收需求都具有十分重要的意義。 寬帶數(shù)字接收機(jī)在中頻(或射頻)直接采樣，采樣間隔一般在ns級(jí)，不僅對ADC的速度和精度有嚴(yán)格要求，更重要的是對后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理和整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作帶來了很大的壓力。同時(shí)，帶寬越寬，接收機(jī)受到的干擾越大，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度等性能隨之下降。本文圍繞寬帶數(shù)字接收機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題展開了深入研究。多片ADC并行采集是數(shù)據(jù)采集技術(shù)的研究熱點(diǎn)，為寬帶數(shù)字接收機(jī)

3、所需的高速高精度數(shù)據(jù)采集提供了一種解決方案，本文分析了并行采集系統(tǒng)中存在的通道不均衡問題及其影響，提出了相應(yīng)的解決方法，并試制了一套由兩片AD9430拼接的采集系統(tǒng)。在接收機(jī)的體系結(jié)構(gòu)上，提出了四種計(jì)算量少、并行程度高、資源消耗少的高效接收機(jī)結(jié)構(gòu)，并討論了NCO數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)產(chǎn)生方法和CIC濾波器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。動(dòng)態(tài)范圍是接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，本文討論了動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度的折衷關(guān)系，分析了AGC的迭代模型和環(huán)路特性，給出了兩種大動(dòng)態(tài)接收機(jī)設(shè)計(jì)方案

4、。信道化是寬帶數(shù)字接收機(jī)的另一種實(shí)現(xiàn)途徑，本文提出了信道化接收機(jī)的WOLA結(jié)構(gòu)和樹形結(jié)構(gòu)；IFM接收機(jī)和信道化接收機(jī)的結(jié)合，解決了信道化接收機(jī)的信道模糊問題和頻率精度低的問題。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上，設(shè)計(jì)了一套通用的接收機(jī)硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了三種不同結(jié)構(gòu)，帶寬分別為30MHz、50MHz和100MHz的數(shù)字接收機(jī)，并進(jìn)行了指標(biāo)測試。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)： (1)分析了并行采集系統(tǒng)中通道失配誤差對信號(hào)頻譜和采集系統(tǒng)性能的影響，提出了基于D

5、FT的頻域誤差測量算法和基于時(shí)間統(tǒng)計(jì)特性的時(shí)域誤差測量算法，采用FARROW結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了誤差的校正和補(bǔ)償，并證明了時(shí)間交替并行采集是QMF濾波器組并行采集模型的特殊形式。 (2)對寬帶數(shù)字接收機(jī)的下變頻器，提出了混頻后置結(jié)構(gòu)、最小公倍數(shù)結(jié)構(gòu)、二次變頻結(jié)構(gòu)和2倍抽取結(jié)構(gòu)，降低了FPGA實(shí)現(xiàn)中DDC的工作速率和資源消耗。采用CORDIC算法實(shí)現(xiàn)了NCO數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)產(chǎn)生，提出了余弦預(yù)濾波、解遞歸和銳化的改進(jìn)CIC濾波器，可用于參數(shù)捷變數(shù)字

6、接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)。 (3)分析了動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度和射頻增益之間的折衷關(guān)系，給出了四種迭代型AGC模型，并推導(dǎo)了幾種模型的收斂性和收斂條件，在此基礎(chǔ)上提出了兩種實(shí)用的大動(dòng)態(tài)數(shù)字接收機(jī)設(shè)計(jì)方案。 (4)提出了信道化接收機(jī)的WOIA結(jié)構(gòu)和樹形結(jié)構(gòu)，并給出了多相DFT結(jié)構(gòu)在奇型和偶型劃分、臨界和非臨界抽取下的一般性推導(dǎo)過程及相應(yīng)結(jié)構(gòu)；給出了IFM接收機(jī)和信道化接收結(jié)合的模型，利用瞬時(shí)測頻的優(yōu)點(diǎn)解決了信道化接收機(jī)的信道模糊問題和頻率精