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基于FPGA的多速率数字信号上下变频的实现

卢笛  
【摘要】:随着数字信号处理的发展,信号的处理、编码、传输、存储等工作量越来越繁重。为了节省计算工作量及存储空间,常常用到不同的采样率及这些不同采样信号的相互转换。在这种需求下,多速率数字信号处理产生并发展起来。无线通信普遍采用中频数字化方案,使得数字上下变频(DUC,DDC)成为关键技术之一。本文主要研究基于Wimax,IEEE802.16e协议下无线通信网络的物理层的多速率数字上、下变频器FPGA的设计和实现。 深入研究了多速率数字信号处理和上下变频的相关基本理论及常用算法。完成了数字上、下变频器若干模块设计,并按照系统的性能要求进行优化配置;在数控震荡器(NCO)模块的设计中,给出了基于CORDIC算法的设计方案;在数字上、下变频中,采用了积分梳状(CIC)滤波器和FIR滤波器级联的组合技术。具体而言,对CIC滤波器进行了多级插值或抽取实现,采用3倍内插4级的实现方式和3倍抽取4级的实现方式;采用并行分布式算法来实现FIR,作为补偿或预补偿滤波器。对各个模块进行仿真,并与Matlab仿真平台进行对比验证,结果表明功能实现正确。上变频模块达到了在系统带宽为16MHz的指标下,输入信号频率为17.92MHz,6倍的上采样滤波,使得输出信号频率为107.52MHz,在最大可能满足系统带宽要求下,实现了高速传输信号的目的。数字下变频模块则通过抽取滤波,将较高速率的传输信号转化为了较低速率的基带信号,使得在最大可能的满足系统带宽要求下,实现了系统需要在较低频率下处理数据的目的。最终采用ArriaGX90EF1152I6FPGA对数字上、下变频器进行了具体实现。


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