基于fpga的数字上下变频器的分析与设计

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1、摘要摘要本论文研究的主要内容是基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的数字上下变频器的设计与实现。设计基于软件无线电模块化、标准化的思想，以多速率信号处理理论为核心，采用软件无线电的架构和FPGA技术，在对软件无线电台的数字上下变频器系统的方案进行研究与设计的基础上，研究各个功能模块的高效算法。文中首先介绍的是积分梳状（CIC）滤波器和半带（HB）滤波器相结合的多速率抽取插值滤波模块，为了补偿积分梳状滤波器的通带衰减，设计引入了二阶多项式补偿（ISOP）滤波器。接下来介绍了脉冲成型滤波器模块和采用了分

2、布式算法结构的信道匹配滤波器模块，最后分别介绍的是坐标旋转矢量（CORDIC）算法和基于查找表（LUT）的数控振荡器（NCO）模块。本文主要研究的工作是围绕如何将抽取、插值滤波器和混频器等功能结合在一起，寻找最优化的设计，最大限度减少数字上下变频的运算量，使得在有限的硬件逻辑资源条件下，完成多采样率和上下变频的功能。本设计采用自顶向下模块化的设计方法，按需要实现的系统功能将数字上下变频器划分为基本模块单元。根据系统设计的技术指标要求，整个设计应用Altera开发环境QuartusⅡ9.1作为综合、布

3、局布线工具，系统中各个模块均采用VerilogHDL语言编程实现，结合Matlab2011b进行滤波器参数辅助设计，使用Mentor公司的Modelsim6.5b仿真工具进行功能验证及时序仿真，并以Altera公司的CycloneⅢ系列的EP3C40Q240C8芯片为硬件平台，对其进行测试，通过板级测试得出数字上下变频的系统级仿真实现结果，进一步验证它的可行性，占用硬件逻辑资源少，具有一定的理论研究价值与工程应用价值。关键词：软件无线电；FPGA；数字上下变频；滤波器；抽取；内插IAbstractA

4、bstractThemaincontentofthisresearchisthedesignandimplementationofDigitalUpConversionandDigitalDownConversionwhicharebasedonthefield-programmablegatearray(FPGA).Thecoreofthedesigninthepaperismulti-ratesignalprocessingtheory.What'smore,thedesignisbasedon

5、theideaofSoftwareDefinedRadiomodularizationandstandardization,andadoptsthesoftwareradioarchitectureandFPGAtechnology,whichareonthebasisoftheresearchanddesignofthesystemschemeofDigitalUpConversionandDigitalDownConversion,andtoresearchefficientalgorithmi

6、neachfunctionmodule.ThispaperfirstintroducesratedecimationandinterpolationfilteringmodulecombinedbyCICfilterandHBfilter.InordertocompensateforCICfilterpassbandattenuation,theISOPfilterisused.Thenthepaperintroducesthepulseshapingfiltermoduleandadoptsthe

7、distributedalgorithmstructureofthechannelmatchedfilterdecimationandinterpolationfilteringmodule,andfinallyintroducedNCOmoduleofCORDICalgorithmandLUTrespectively.Themainworkofthispaperistocombinethefunctionofdecimation,interpolationfilterandmixertogethe

8、r,andthentolookforaoptimizationdesign,whichcanminimizetheoperandofDUCandDDC.Inthelimitedhardwarelogicresourcescondition,itcanbeusedtocompletethefunctionofvarioussamplingrateandupanddownconverter.Thisdesignusesthemodulardesignmethod,whic