宽带射频数字接收机技术的研究

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1、电子科技大学硕士学位论文机所具有的可靠性好、抗干扰能力强、输出I、Q的幅相一致性和正交性误差小等优点外，还减少了射频前端的复杂性，具有更好的稳定性、可扩展性和灵活性，在现代电子系统中具有广阔的应用前景。因而研制射频宽带数字化接收机系统具有相当重要的现实意义。射频数字化接收机的结构基本上可以分为两种：射频低通采样数字化结构和射频带通采样数字化结构【l】。从理论上讲，射频低通采样数字化结构具有更好的适应性，是最为理想的数字接收机结构。但是这种结构不仅对A／D转换器的性能如转换速率、工作带宽、动态范围等提出了非常高的要求，同时对后续数字信号处理器件的处理速度也要求非常高，因为射频

2、低通采样所需的采样速率至少是射频信号最高频率的两倍，这使得现有器件很难满足其要求，以至于难以实现。射频带通采样数字化结构是根据所需的处理带宽进行带通采样，这就大大降低了对A／D转换器性能的要求，后续数字信号处理的速度也可以随之大大降低。随着目前有关电子器件性能的提高，采用射频带通采样数字化结构的数字接收机的实现已成为可能。1．3～D转换技术的发展状况随着半导体技术的飞速发展，制造工艺的不断提高，A／D芯片的采集速度和最大输入模拟带宽得到有效提高，使得在S波段对信号进行采样成为可能。下表给出了现有的一些比较先进的ADC芯片的采样速度和采样精度。分辨率采样率器件型号厂商(bit

3、)(MSPS)AD94808250AnalogDeviceMaxl0881500MaximADl240012400AnalogDeviceT$83102GOB102000Atmel龌84AS008102200Atmel2第一章引言1．4数字下变频产品的现状目前，国外在DDC产品上技术领先的公司有美国的Intcrsil公司(前身为Harris公司)、ADI公司和Graychip公司。他们的单通道DDC代表产品有Intersil公司的HSP50016、HSP50214B；ADI公司的AD6620；Graychip公司的GCl01l、GCl012等。这些器件都具有较优异的性能参数

4、和较强的功能。许多型号的DDC芯片(如Intersil公司的HSP50214B)事实上其功能己远远不只是下变频，还包括了成形滤波器、定时同步内插滤波器、重采样NCO、坐标变换、数字AGC等功能，其芯片内部的各个功能模块均是可编程的，将其与通用DSP器件结合，便可构成一个标准的数字化多模式软件无线电接收机硬件平台，“数字下变频”在软件无线电中的意义已不再仅仅是简单的下变频概念了。大多厂家提供的DDC在处理速率和处理带宽方面都不能满足射频数字化处理的需要，但是我们可以利用FPGA器件有效的解决这个问题。1．5FPGA在数字下变频领域的应用近年来FPGA器件在工艺方面的进步和设计

5、思想上的创新为之带来了前所未有的逻辑规模和强大的处理性能。例如，Xilinx公司的V4系列器件【2】，采用95nm工艺，有多达20个数字时钟管理单元，提供高精度低抖动的时钟，可以对输入时钟进行分频倍频固定相位偏移，最多具有32个全局时钟单元，这样就保证了DDC结构中多速率信号处理的准确实现。最多高达20万个逻辑单元，使得数字下变频算法得到有效实现。同时它还具备最高速率为500MHz的DSP模块以及内部存储模块，其中DSP模块包含了18x18bit专用乘法器，乘加器，累加器，这样就大大提高了基于MAC结构的FIR滤波器的实现速率。另外，其内部的高速存储模块，给基于DA算法的F

6、IR滤波器提供了高效的实现平台。V4系列FPGA支持多种电平模式，支持600Mb／sHSTL&SSTL支持高达1Gb／sLVDS信号输入，引脚处有基于ChipSync[3】．【8】技术的模块，能准确调整信号与时钟触发沿的位置，使数据得到有效的采样，调整精度为78ps。由于高达1Gb／s的信号FPGA内部无法处理，ISERDES模块还可以对输入数据和时钟进行分频，最高分频数为10。从以上分析可以看出，利用V4系列FPGA可以对高速高带宽的信号进行数字下变频。电子科技大学硕士学位论文1．6本文主要内容本文主要讨论基于软件无线电技术的射频宽带数字化接收机系统的研究，包括射频数字化

7、理论、射频数字化接收机的方案论证与系统仿真、高效数字下变频模块的FPGA实现、系统调试及结果分析以及系统使用的主要器件介绍等内容。本文作者主要工作如下：1、根据射频宽带数字接收机的具体指标要求，提出一种基于带通采样定理的高效数字下变频结构，设计了一种成本相对较低且能满足系统性能的数字接收机系统方案，确定了系统结构和实现方法，通过计算机仿真验证了方案的可行性。2、完成了基于FPGA的高效数字下变频结构的DDC模块的FPGA程序设计和调试，成功解决了高速A／D与FPGA的接口问题，完成了系统硬件电路设计。3、完成了对D