FPGA_ASIC-基于FPGA的载波调制系统

《FPGA_ASIC-基于FPGA的载波调制系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛基于FPGA的载波调制系统作者：南京某部队CDMA业务中心伍云张皓郑翔来源：今日电子摘要：本文将介绍线路调制的FPGA实现，包括：线路调制单元数字化实现的总体设计，CIC和FIR滤波器的FPGA实现以及载波发生器单元的设计。关键词：载波调制系统，FPGA，CIC，FIR滤波器电力线载波(PLC)通信作为电力系统特有的通信方式，广泛用于电力系统的调度通信、生产指挥、行政业务通信以及其他各种信息的传输。随着数字通信技术的发展，采用电力

2、线上网、进行多媒体通信也具有宽阔的前景，电力线载波通信已经成为当今研究热点之一。线路调制单元是电力线载波机中关键部件之一。为了提高频带的利用率，线路调制一般采用单边带调制方式。使用数字化处理方法来实现线路的单边带调制，能够克服模拟电路的诸多缺陷。线路调制需要完成正交变换、滤波和频谱搬移等处理，运算量与采样率直接相关。高采样率导致了高的运算量，低成本DSP芯片无法满足运算需求。FPGA可用于实现DSP运算处理单元，达到实时完成数字信号处理功能的目的，它为线路调制单元的数字化实现提供了一条性价比较高的途径。本文将介绍线路调制的FPGA实现，包括：

3、线路调制单元数字化实现的总体设计，CIC和FIR滤波器的FPGA实现以及载波发生器单元的设计。线路调制解调实现方案http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛电力线载波通信标准要求的信号频率为40～500kHz，频带宽度为4kHz。根据奈奎斯特定理，采样频率不能小于1MHz。采用数字化处理方式实现调制就是将信号的频谱搬移过程转化为数字域的数值计算过程。单边带信号可以表示为x(n)cos(wn)±x^(n)sin(wn)，式中x(n)为基带信号，x^(n)为基带信号的正交信号

4、，w为载波频率。由该式可知，完成单边带调制需要信号的正交变换、载波信号的产生、信号与载波的乘加等数值运算。希尔伯特变换是一种便于采用FPGA实现的正交变换方法，它可由系数具有奇对称特性的FIR滤波器实现。基带信号的频率较低，相应应以较低的采样率采样，而调制信号的频率较高，应以较高的采样率采样。因此在调制过程中必须进行采样率的提升，内插技术可以实现采样率的变换。调制单元调制部分的数字化实现的逻辑结构如图1所示。由图1可见，调制单元由正交变换、内插和调制三部分组成。完成正交变换的Hilbert滤波器为系数奇对称的FIR滤波器，延迟保持了正交信号与

5、原始信号的时间同步。载波发生器，乘法器和加法器完成单边带调制。载波发生器由查表法实现，地址为13位，字长为16位，可以产生所需要的各种载波频率。内插完成采样率的提升，再用低通滤波器滤除无用频率分量。在设计中，通过内插将信号采样率由8kS/s提升至8.192MS/s，http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛内插率I=1024。分两级完成：第一级内插率I=8，该级内插采用128阶系数偶对称FIR滤波器滤波。第二级内插率I=128，该级内插采用3级级联的CIC(积分梳状)滤波

6、器。由上述方案可见，合理设计FIR、CIC滤波器和载波发生器电路是线路调制单元数字化实现的关键，线路调制单元和其他的组件进行数据交换，控制和接口电路在此不作一一赘述。滤波器的FPGA设计线路调制解调需要用到FIR和CIC两种滤波器，这两种滤波器的共同特点是，具有线性相位，非常适合应用需求。但这两种滤波器对FPGA资源耗费较大，因此必须采用合理的结构减少FPGA资源的开销。1CIC滤波器的设计设计CIC滤波器时，首先要考虑滤波器的增益，防止溢出。内插均选用三级级联的CIC滤波器，传递函数为H（z）=((1-z-128)/(1-z-1))3。由传

7、递函数可以求出滤波器的增益为1283，增加的字长为log2(128)3＝21位，输入信号宽度为13位，实现时必须预留21+13＝34位防止溢出。将内插器与滤波器结合起来并对其实现如图2所示。图2cic内插http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛程序设计采用VHDL语言，用QuartusII3.0综合后CIC滤波器耗费资源350个LE（LogicElement）。根据Hogenaur的剪除理论在每一级输出时都可以剪除掉最后的若干位。通过信噪比的计算，可确定剪除位数，设计中

8、积分部分每级可以剪除6位，分别取22、28和34位，梳状部分每级剪除1位，分别取14、15和16位，滤波器的输出为13位。采用剪除理论后，消耗的资源为240个LE，