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宽带数字监测接收机算法研究及硬件实现

王晓  
【摘要】:无线电频谱监测是无线电频谱管理的重要手段,先进的宽带数字监测接收机为无线电频谱监测提供了有力的保障,因此开发基于软件无线电的宽带数字监测接收机有很大的应用前景。数字化是接收机的发展潮流,数字接收机与模拟接收机相比在可靠性与灵活性上有较大优势。国内的民用数字监测接收机近年来发展较快,但与国外同类产品相比在一些关键性能指标上还存在较大差距,此外在产品可靠性与易用性上也有待进一步提高。 本论文以四川省科技计划项目《网络化智能无线频谱监测侦收系统研制》为依托,对宽带数字监测接收机系统的软硬件关键模块进行了深入研究,并初步研制成功了一套宽带数字监测接收机实验系统。本实验系统在设计性能指标上参考了先进的德国RS公司的全数字式VHF/UHF接收机EM550,数字中频板采用FPGA和DSP作为主要信号处理器件的软件无线电方式,能够灵活的实现多种数字信号处理算法。 本论文首先介绍了宽带数字监测接收机的发展动态,然后对适用于宽带数字监测接收机的数字下变频原理以及所涉及的多相滤波、CORDIC、CIC、HB、DA等关键算法进行了论述。接着重点介绍了基于FPGA芯片Stratix II EP2S90F780I4设计的适用于宽带数字监测接收机设计指标的变带宽数字下变频器(Variable-Bandwidth Digital Down-Converter,VB-DDC),并对其中各子模块的FPGA设计实现进行了详细说明。该VB-DDC结合了传统数字下变频结构与多相滤波结构的优点,实现了对输入中频信号的高效高速处理,同时可以根据处理信号带宽要求,通过上位机PC灵活配置寄存器参数并选择下变频器结构为传统下变频结构的窄带DDC或者基于多相滤波结构的宽带DDC,或者联合使用两种结构。当A/D输出中频信号采样率为100MSPS时,本论文中FPGA实现的这种VB-DDC信号处理带宽可在40MHz~150Hz的较大范围内灵活配置,输出基带信号数据率可在50MSPS~763SPS的范围内变化。最后,通过软件仿真和硬件调试结果验证了本论文中VB-DDC的有效性。


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