中频数字接收机的设计与实现

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软件无线电的设计思想之一是将A/D转换器尽可能靠近天线,即把A/D从基带移到中频甚至射频,把接收到的模拟信号尽早数字化。然而,由于受器件水平的制约,直接对射频信号采样处理还有一定难度。在保留软件无线电通用、灵活、开放特点的前提下,目前普遍采用了中频数字化方案。数字中频技术是目前软件无线电技术中发展最迅速的一项技术,基于软件无线电技术的中频数字化接收机已经成为现代雷达、通信、测控系统的重要组成部分。因此,研究中频数字化接收机技术有重要的意义。首先,简单介绍了单脉冲雷达的工作原理,以及数字接收机的国内外发展现状,提出了基于FPGA(Field Programmable Gate Array)+DSP(Digital Signal Processor)结构的单脉冲雷达中频采样数字接收机实现方案,并对接收机的工作流程进行了简单叙述。接着介绍了中频采样数字接收机的相关理论,主要包括带通采样定理,正交解调,数字下变频,滤波器的多相结构等内容。然后重点研究基于FPGA的中频正交解调接收机的实现:首先介绍了FPGA的发展状况和应用前景,然后针对某种具体的中频数字化接收机参数,以抽取滤波器的多相滤波结构为基础,经过推导变换,在一定条件下得出了含抽取数字化正交解调接收机的最优结构。设计采用了两级级联的FIR滤波器,在FPGA上实现了最优结构的正交解调接收机,采用ModelSim和Matlab对其进行了联合仿真,仿真结果表明此设计完全满足要求。其次介绍基于FPGA的FFT处理器的设计与实现,为了满足对高速信号FFT实时实现,选择了时间抽取基2算法的流水线结构。首先用Matlab对此算法进行了仿真验证,然后在FPGA上对16位定点FFT进行了设计实现与仿真,并对结果误差进行了分析,对IFFT的实现进行了分析。从测试结果可以看出,输出能够保持理论上的频率特性,FFT结果的动态范围达到了70dB,工作时钟可以达到50MHz以上,设计是可行的。最后完成了其它一些关键模块的设计与实现,并以一个通道的接收为例,设计实现了系统的控制模块。
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