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软件无线电以通用的可编程逻辑器件或数字信号处理器构件硬件平台,以软件方式实现不同应用功能,是当前军事和移动通信领域的研究热点之一。软件无线电的中心思想是:构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台,将各种功能用软件来完成,并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线,把接收到的信号尽早数字化。实现这样的目标必须实现解调的软化和数字化,而实现解调的软化和数字化的前提是将射频或中频信号变到基带,数字下变频器执行的就是这种信道的访问功能。本文针对软件无线电的数字下变频技术展开研究,重点研究如何用FPGA实现数字下变频。
数字下变频(Digital Down Convert-DDC)是将中频信号下变频至零频,且使信号速率降至适宜通用DSP器件处理速率的技术。实现这种功能的数字下变频器是软件无线电的核心部分,它工作在AD之后,是软件无线电把中频信号数字化的关键环节。经过数字下变频处理,中频信号被下变频至软件可以处理的零中频,是实现用软件来完成原来需要硬件完成的工作的关键。数字下变频涉及了很多通信技术的基础理论,本文总结归纳了这些理论,包括信号采样理论、多速率信号处理理论、高效数字滤波理论以及正交数字混频理论。掌握这些理论是我们理解和设计数字下变频的一把钥匙。
本文首先对软件无线电数字下变频的国内外现状进行了分析,然后对于FPGA实现数字下变频设计的优势作了阐述。在对软件无线电理论基础、数字信号处理的相关知识深入学习的基础上重点研究软件无线电数字下变频技术。基于本论文在FPGA中实现的结构,讨论了DDC的工作原理,给出数字下变频器的常用结构,然后设定整体系统方案,并按功能完成模块划分和接口定义,讨论主要下变频算法在各个模块中的应用及各个模块的实现,并对部分模块仿真和性能优化分析。最后通过使用编程语言和调用部分IP核相结合的方法完成多通道DDC各个模块的设计与仿真调试,结果表明设计的思想和结构是正确的,在下一步工作中主要完成系统的板级调试。
基于FPGA实现的DDC,能充分体现软件无线电系统高的灵活性和宽的适应性,本文所设计的数字下变频系统有一定的通用性。