面向SDR的可编程数字滤波器的设计及实现

摘要

随着信息化时代的高速发展，数字信号处理已成为当前一门重要的学科与技术。数字信号处理模块是SDR（软件无线电）的核心模块，软件无线电期望数字信号处理模块能够实时处理ADC之后的的数字信号，并采用软件的方法来完成大量的无线电功能。数字滤波器是数字信号处理中的关键功能模块之一，实际中零中频信号经过AD转换后的速率是很高的，这对电路的设计要求就很高，为满足多速率数字信号处理的要求，要求设计的数字滤波器在完成数据域滤波及抽取的基础上实现可编程功能，并支持多种通信模式下的频段需求，因此可编程数字滤波器的设计和实现具有重要的意义。
　　本研究采用ARM+FPGA的架构设计实现了SDR中零中频信号到基带信号之间的可编程数字滤波器。主要完成了以下工作：首先确定FIR滤波器的设计参数及仿真环境，设计指标主要包括可变阶数（阶数最高可达128阶），可调增益及可变抽取或插值因子等；其次针对本文的设计要求，在MATLAB的Simulink环境下完成了仿真电路的搭建，对不同模式，不同滤波环境的数字滤波器的滤波效果进行了初步验证，随时对比仿真结果与设计指标，快速便捷的优化滤波器的设计；随后确定了适应工程实际的数字滤波器结构；最后采用 xilinx公司的zynq系列FPGA器件实现，利用verilog_HDL的RTL级语言来完成电路设计，并在NC_verilog或ISE集成软件环境对电路进行RTL级行为仿真，通过MATLAB软件协助FPGA对设计的数字滤波器进行仿真验证。结果表明，设计的可编程数字滤波器的功能正确，占用资源相对较少，滤波之后的信号频谱完全满足设计要求。所采用的FPGA嵌入双ARMCortex-A9MPCore处理器内核，可以通过软件配置方式对滤波器组进行功能配置，大大提高了滤波器的设计效率。

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第一章 绪论

1.1本论文研究目的和意义

1.2国内外历史现状与趋势

1.3论文的主要内容及结构安排

第二章 可编程数字滤波器的理论研究

2.1信号采样基本理论

2.2多速率系统理论

2.3 FIR滤波器理论

2.4 HB滤波器

2.5本章小结

第三章 Simulink建模与滤波系数生成

3.1指标说明

3.2 FDATool生成滤波系数

3.3 Simulink滤波效果验证

3.4系数量化处理

3.5本章小结

第四章 可编程数字滤波器的设计及实现

4.1系统框图

4.2 SPI接口模块

4.3 CLK分频模块

4.4超前进位加法器设计

4.5 Booth乘法器设计

4.6抽取滤波器设计

4.7插值滤波器设计

4.8滤波器多相抽取结构设计

4.9滤波器多相内插结构设计

4.10 本章小结

第五章 仿真验证及结论

5.1验证平台与方案

5.2 FIR多相抽取滤波器仿真及结论

5.3 FIR多相插值滤波器的仿真及结论

5.4闭环仿真及结论

5.5综合及资源使用情况

5.6本章小结

第六章 总结及展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

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