發(fā)布時(shí)間：2020-08-27 18:49

【摘要】：當(dāng)代社會(huì),頻譜資源日益緊張,寬頻帶、兼容性將是未來接收機(jī)的發(fā)展趨勢。寬頻帶數(shù)字接收機(jī)的設(shè)計(jì)對(duì)芯片和器件的要求比較高,在早期很難實(shí)現(xiàn)。直到軟件無線電的快速發(fā)展,為寬頻帶數(shù)字接收機(jī)提供了技術(shù)上的支撐。不同的解調(diào)方式能在同一軟件無線電平臺(tái)上實(shí)現(xiàn),因此,用不同調(diào)制方式發(fā)射的信息都能用同一接收機(jī)接收,極大地增強(qiáng)了接收機(jī)的兼容性,使其適用性更好。現(xiàn)場可編程門陣列(field-programmable gate array,FPGA)在大型的系統(tǒng)開發(fā)上對(duì)信號(hào)的數(shù)字處理有著其特有的優(yōu)勢。本文基于軟件無線電設(shè)計(jì)了一種寬頻帶數(shù)字接收系統(tǒng),采用零中頻的結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的頻寬,抑制了鏡像頻率,結(jié)構(gòu)簡單。本文采用零中頻的接收機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,主要包括數(shù)字下變頻技術(shù)、解調(diào)中的載波同步技術(shù)和位同步技術(shù)。數(shù)字下變頻通過CIC濾波器和混頻來實(shí)現(xiàn),載波同步采用的是COSTAS環(huán)法來實(shí)現(xiàn)的,位同步是通過鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)的。然后對(duì)數(shù)字接收系統(tǒng)進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì),采用模塊化的思想來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。主要有射頻前端和數(shù)字信號(hào)處理,主要對(duì)數(shù)字部分進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì),數(shù)字部分包括本振模塊、環(huán)路解調(diào)模塊、位同步模塊和差分解碼模塊等。最后對(duì)各模塊和系統(tǒng)進(jìn)行了FPGA實(shí)現(xiàn)。本文的主要貢獻(xiàn)如下:(1)本系統(tǒng)中,采用DQPSK解調(diào)技術(shù),其頻譜利用率較高,通用性強(qiáng)還能避免相位模糊。同時(shí)對(duì)解調(diào)模塊中的鑒相器進(jìn)行了改進(jìn),用符號(hào)函數(shù)代替了濾波后的乘法運(yùn)算,節(jié)省了系統(tǒng)資源,將鑒相增益從1/4提高到2~（1/2）,提高了鑒相器的靈敏度。(2)環(huán)路濾波器既要濾除信號(hào)中的高頻分量,又要調(diào)節(jié)數(shù)字鎖相環(huán)的參數(shù),因此,解調(diào)中的環(huán)路濾波器性能的好壞會(huì)直接影響解調(diào)模塊的性能,本文對(duì)環(huán)路濾波器的不同參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了對(duì)比,通過對(duì)比選出系統(tǒng)性能較好的參數(shù)進(jìn)行環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)。(3)寬頻帶意味著頻譜范圍較寬,采樣頻率變化跨度較大,而采樣率的變化可以通過濾波器組來實(shí)現(xiàn),通過不同的濾波器可以實(shí)現(xiàn)任意倍數(shù)的變化,CIC濾波器可以實(shí)現(xiàn)抽取和內(nèi)插,抽取和內(nèi)插的交替使用可以實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)倍的改變,使得采樣率變化非常靈活且易實(shí)現(xiàn)。本文對(duì)頻率為8MHz、采樣率為40MSPS的輸入信號(hào)進(jìn)行5倍抽取,使其采樣率降低到8MSPS,然后與頻率為2MHz的載波進(jìn)行混頻得到基帶信號(hào)。該系統(tǒng)的采樣率不僅能夠?qū)崿F(xiàn)整數(shù)倍的改變還能實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)倍改變,在實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)中有一定的參考價(jià)值和意義。
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN850
【圖文】：

CIC 濾波器分為兩個(gè)部分：一個(gè)是積分器 H( z)1， z)可以由累加器來實(shí)現(xiàn)其功能， ( )jωHe2的形狀很像一來。其單級(jí)結(jié)構(gòu)如下圖所示：D ＋ ＋DZ Z 1圖 2.8 單級(jí) CIC 抽取濾波器的總幅頻響應(yīng)為：( ) ( ) ( ) = = = 222sin2sin112ωωωωωωωSaDDSaDHeHeHejjj如圖：

1由上式可知，此時(shí)的阻帶衰減太低，很難滿足實(shí)際需求。為了滿足提高衰減度，通過及級(jí)聯(lián)的方式來提阻帶衰減。假設(shè)由 N 級(jí) CI可得其頻率響應(yīng)為：( ) = = 22sin2sinωωωω NNNNjNSaDDSaDHe則 N 級(jí) CIC 濾波器的旁瓣抑制為：NNdBADNN13.462320lg20lg1= = =πα.級(jí)聯(lián)的濾波器組中，一般都是經(jīng)過 Noble[38]恒等式變換之后的 C通過改變抽取器的位置來減少濾波器的階數(shù)，以此來節(jié)約資源，中使用的 CIC 濾波器一般是經(jīng)過 Noble 恒等式轉(zhuǎn)換之后，稱為 器。結(jié)構(gòu)如下圖所示：

（a） 0 相 QPSK 信號(hào)矢量圖 （b）π/4 相 QPSK 信號(hào)矢量圖圖 2.12 QPSK 信號(hào)矢量圖解調(diào)：首先需要在接收端提取出與發(fā)射端同頻同相的載波，然后用接收到的信號(hào)與載波信號(hào)相乘。由上可知 QPSK 是兩路 2PSK 信號(hào)的正交，用兩路正交的載波去解調(diào)可以很方便的恢復(fù)出兩路 2PSK 信號(hào)。其原理框圖如下：取樣判決π/2載波同步匹配濾波器匹配濾波器取樣判決定時(shí)恢復(fù)并/串轉(zhuǎn)換解調(diào)輸出QPSK信號(hào)圖 2.13 QPSK 解調(diào)框圖

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