多速率软件无线电数字中频系统研究与实现

摘要

当前，移动通信技术的迅猛发展，促使传统的基于专用硬件的通信设备所固有的功能单一、不易升级改造的缺点突显出来，导致多种通信协议在兼容和版本升级方面的问题日益严重。这种问题促使了如软件无线电(SDR)等新兴技术的发展。由于硬件的发展水平限制，很难将射频及高频段信号直接处理，所以一般都采用宽带中频带通采样数字化结构，其中关键技术就是数字中频信号处理。因此，研究数字中频技术具有非常重要的意义。
　　数字中频信号是处在数字基带信号和射频信号之间的，外部信号经过射频单元（AD9364捷变收发器）进入数字中频单元(zedboard FPGA)，经过数字中频的信号处理后再传给数字基带。数字中频技术包括数字上变频(DUC)和数字下变频(DDC)。DDC将经过射频单元的高速中频信号降采样到低速的基带信号以及将240kHz的低中频信号搬移到零中频的基带信号。DUC将低速基带信号升采样到高速信号进入到射频单元的数字模拟转换器DAC，以降低DAC的量化误差和降低对模拟滤波器的要求。
　　本文对数字中频系统中的关键技术进行了研究和实现。系统设计为全双工模式，支持多速率收发处理，可根据实际应用的需要进行配置从而实现多种数据速率的转换。本系统主要包括混频器模块、采样率变换（插值和抽取）模块、低通滤波器模块。功能上实现了32，48，96，240，480，640倍的降/升采样处理和240KHz的信号下变频处理，且阻带衰减可以达到60dB，有效地对杂散信号进行了抑制。在灵活配置的系统前提下，对模块进行了优化和复用，即能节省了硬件开销，又能提高了运行速度。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 软件无线电概述

1．1．2 软件无线电的关键技术及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要工作与组织结构

第2章 软件无线电中数字中频系统理论分析

2．1 信号采样理论

2．2 多速率信号处理

2．2．1 整数倍抽取(Decimation)

2．2．2 整数倍内插(Interpolation)

2．3 数字混频正交信号变换

2．4 数字中频系统中的并行处理技术

2．5 数字中频系统中常用的数字滤波器

2．5．1 多相滤波器

2．5．2 半带滤波器

2．5．3 积分梳状滤波器

2．5．4 数字低通滤波器

2．6 小结

第3章 软件无线电的数字中频系统设计

3．1 软件无线电(SDR)平台

3．1．1 射频前端硬件需求

3．1．2 数字中频硬件需要

3．2 系统总体设计结构及设计指标

3．2．1 接收端设计实现

3．2．2 发射端设计实现

3．3 小结

第4章 数字中频系统关键模块的研究与设计

4．1 数字中频系统接口模块

4．2 CIC滤波器模块

4．2．1 CIC滤波器模块参数的设计

4．2．2 CIC滤波器模块的硬件实现与验证

4．3 半带滤波器模块

4．3．1 半带滤波器模块参数的设计

4．3．2 半带滤波器模块的硬件实现与验证

4．4 多相滤波器模块

4．4．1 多相滤波器模块参数的设计

4．4．2 多相滤波器模块的硬件实现与验证

4．5 数字低通滤波器模块

4．5．1 数字低通滤波器模块参数的设计

4．5．2 数字低通滤波器模块的硬件实现与验证

4．6 数字下变频模块

4．7 小结

第5章 系统调试与性能分析

5．1 发射端设计分析

5．1．1 发射端速率分析

5．1．2 发射端频谱分析

5．2 接收端设计分析

5．2．1 接收端速率分析

5．2．2 接收端频谱分析

5．3 小结

总结

参考文献

致谢

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附录