六通道可变带宽数字接收机的FPGA软件设计

摘要

随着现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的高速发展，FPGA技术的应用也达到了前所未有的高度，不仅实现了数字前端等功能，也是高效实现整个数字系统的载体之一。而且由于软件无线电理论的成熟与完善，软件无线电技术已经成为数字接收机得以实现的核心技术之一。目前，在 FPGA上实现数字接收机已经成为了设计的主流。
　　随着日趋复杂的电磁环境，数字接收机也面临着巨大的挑战。本文提出来一种可并行处理6通道信号的可变带宽数字接收机的FPGA软件设计方案，该接收机不但能够进行多通道并行处理，可处理7种不同带宽信号，而且实现了高分辨率的频谱分析。本文首先对提出的方案进行理论分析并验证其可行性，然后在FPGA上对接收机系统做了实现，最后在硬件平台上对该接收机系统做了测试。本文的主要内容包括了以下几方面：
　　1、介绍了数字接收机的相关理论知识，包括了信号采样理论、变带宽数字下变频理论和频谱分析变换理论，这些理论都是软件无线电中的基础理论。
　　2、介绍了本数字接收机系统的设计方案，并对系统进行模块化设计，采用CIC滤波器和多相滤波器相结合的方式设计并实现了变带宽数字下变频器方案。
　　3、对数字下变频后数据进行了频谱变换分析，FFT变换点数可在64~8192点之间变化，使得不同的带宽可以选择不同的变换点数，输出频谱具有很高的分辨率。
　　4、采用 CORDIC算法实现对 FFT输出的复频谱数据进行取模运算，运算速度非常快，而且运算结果具有很高的精度。
　　5、在Modelsim软件里对该系统的FPGA设计进行功能仿真，验证了该设计各模块的功能是正确的。
　　6、对整个系统进行板级测试，通过在线测试验证了本数字接收机设计系统完全满足设计方案的要求。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2数字接收机的相关技术研究和发展现状

1.3 本文主要工作及论文结构介绍

第二章 可变带宽数字接收机的相关理论基础

2.1 数字接收机的基本结构

2.2 信号采样理论

2.3 可变带宽数字下变频

2.4 频谱分析变换

2.5 本章小结

第三章 六通道可变带宽数字接收机方案设计

3.1 系统设计指标要求

3.2 系统整体设计方案

3.3 可变带宽数字下变频设计

3.4 系统方案仿真

3.5 本章小结

第四章 可变带宽数字接收机的FPGA设计与实现

4.1 FPGA设计概述

4.2 系统FPGA软件的设计方案

4.3 时钟管理模块

4.4 码制转换

4.5 可变带宽数字下变频设计实现

4.6 FFT频谱分析模块设计实现

4.7 数据缓存模块设计

4.8 接口控制与参数配置模块设计

4.9系统资源使用情况

4.10 本章小结

第五章 系统测试

5.1 A/D采样输出测试

5.2 数字下变频测试

5.3 系统联合测试

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果