寬帶數(shù)字接收機算法研究及FPGA實現(xiàn).pdf

1、數(shù)字化、寬帶化是當今無線通信發(fā)展的主流方向。無線通信技術的飛速發(fā)展使得電磁頻譜的監(jiān)測管理越來越重要。作為頻譜監(jiān)測的重要設備，監(jiān)測接收機的先進性和穩(wěn)定性為頻譜監(jiān)測工作提供了有力的保障。因此，開發(fā)基于軟件無線電技術的寬帶數(shù)字監(jiān)測接收機具有廣闊的應用前景和發(fā)展空間。
　　隨著無線通信技術的發(fā)展和FPGA開發(fā)技術的普及，國內外均推出了很多數(shù)字接收機產品。近年來，國內民用小型數(shù)字監(jiān)測接收機的研究雖然發(fā)展迅速，但與國外同類產品相比，在一些關鍵

2、性能指標方面仍然存在一定的差距。本項目正是從這一點出發(fā)，對無線電寬帶數(shù)字監(jiān)測接收機系統(tǒng)進行了深入研究，并初步研制成功了一套包括射頻前端信號接收、數(shù)字中頻信號處理和上位機軟件監(jiān)測等功能的數(shù)字監(jiān)測接收實驗系統(tǒng)。
　　本文承擔的研究任務為接收機系統(tǒng)數(shù)字中頻處理部分中FPGA子系統(tǒng)的研究實現(xiàn)，主要包括自動增益控制、數(shù)字下變頻、頻譜分析等功能中涉及的算法和結構。文中首先針對接收機中FPGA子系統(tǒng)的實現(xiàn)給出了總體設計方案以及主要模塊、參數(shù)的設

3、計方法，對變帶寬數(shù)字下變頻模塊和頻譜分析模塊進行了重點介紹。然后基于MATLAB前仿真和ModelSim后仿真等工作對系統(tǒng)的設計進行了前期分析和驗證。最后在課題組自行設計的接收機開發(fā)板上進行模塊硬件調試以及系統(tǒng)聯(lián)調。功能測試證明系統(tǒng)的設計方案和實現(xiàn)是成功的。
　　變帶寬數(shù)字下變頻模塊中，基于CORDIC(Coordinate Rotation Digital Compute)算法實現(xiàn)的NCO（Numerically Control

4、 Oscillator）模塊生成的本振信號頻率精度可達1Hz。針對不同類型的監(jiān)測信號，下變頻模塊提供17種中頻濾波器以供選用。由此，下變頻模塊可以根據(jù)上位機監(jiān)測軟件的指令實現(xiàn)不同中心頻率、不同監(jiān)測范圍內的信號接收。頻譜分析模塊中FFT變換長度和頻譜平滑次數(shù)等參數(shù)可以實時改變，系統(tǒng)提供512、1024和2048三種FFT變換長度和1~16范圍內5種平滑次數(shù)可選。同變帶寬數(shù)字下變頻模塊聯(lián)合配置，能夠對同一信號實現(xiàn)不同分辨帶寬的頻譜分析，提高