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宽带短波信道模拟器是一种运用仿真技术对真实的短波信道进行模拟的仪器。首先指出数字下变频在宽带短波信道模拟器中的作用。然后,阐述了数字下变频中的数控振荡器、CIC 滤波器、半带滤波器和低通滤波器的实现方法。最后,结合Matlab 算法仿真技术,不依赖FPGA 的IP 核,设计并实现了基于FPGA 的数字下变频。功能与时序仿真结果表明: 基于FPGA 设计实现的数字下变频能够满足宽带短波信道模拟器性能指标要求,并且具有灵活性、通用性和修改参数方便等特点。
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宽带短波信道模拟器中数字下变频的实现宽带短波信道模拟器中数字下变频的实现
宽带短波信道模拟器是一种运用仿真技术对真实的短波信道进行模拟的仪器。首先指出数字下变频在宽带短波
信道模拟器中的作用。然后,阐述了数字下变频中的数控振荡器、CIC 滤波器、半带滤波器和低通滤波器的实
现方法。最后,结合Matlab 算法仿真技术,不依赖FPGA 的IP 核,设计并实现了基于FPGA 的数字下变频。功
能与时序仿真结果表明: 基于FPGA 设计实现的数字下变频能够满足宽带短波信道模拟器性能指标要求,并且具
有灵活性、通用性和修改参数方便等特点。
0 引言
短波通信信道具有时变和色散的特性,并且容易受到噪声干扰,所以模拟其传输特性,具有很高的实用价值。短波信道模
拟器借助先进的仿真技术手段实现在实验室环境下进行通信试验,因其具有有效性、经济性、安全性和直观性等特点,在通信
试验中可广泛使用。传统的短波信道模拟器大部分停留在话音带宽上,其主要不足是功耗过高、体积庞大、可控性不高及实时
性不好。模数转换器( A/ D)器件和数字信号处理理论的飞速发展,为研制宽带短波信道模拟器奠定了坚实的基础,但由于现有
的数字信号处理器( DSP) 处理速度有限,往往难以对高速率A/ D 采样得到的数字信号直接进行实时处理,为了解决这一矛
盾,需要采用
1 宽带短波信道模拟器设计
宽带短波信道模拟器的输入为短波
图1 宽带短波信道模拟器的体系结构图
宽带短波信道模拟器通过数字下变频降低采样数据率,减轻后续信号处理的压力。数字下变频在模拟器中起到前端ADC
和后端DSP 器件之间的桥梁作用。在数字下变频部分中可以方便地对接收信号频段和滤波器特性等进行编程控制,极大地提
高了宽带短波信道模拟器的性能和灵活性,对于系统的升级或是兼容,都非常方便。
2 基于FPGA 的数字下变频实现方案
宽带短波调制信号的输入频率为3~ 30 MHz,根据带通采样理论,在工程实现上,信号
该文中的DDC 实现不采用Altera 公司所提供的IP核,这样可以降低成本,减少对国外技术依赖。
FPGA 器件采用cyclone III 器件,它是Altera 公司新一代采用SRAM 工艺低成本的FPGA,该系列器件的特点是低成本、
低功耗和高性能。具有嵌入式乘法器,实现专门的乘法和乘加运算,还可实现有限脉冲响应( FIR) 滤波器; 最多有20 个全局时
钟,支持动态时钟管理以降低用户模式时的功耗; 并且有4个锁相环( PLL) 。根据该设计的数据处理要求,估算处理所需的资
源,以及引脚封装有利于制板的原则,选用EP3C40Q240C8N 型FPGA,并在开发工具Quartus II 上对信号发生器的设计、综
合及仿真。
2. 1 数控振荡器设计
NCO 是决定DDC 性能的主要因素之一。NCO的目标是产生频率可变的正交正、余弦样本信号。
NCO 采用直接数字合成( DDS) 的方法实现,目前常见的技术有
图2 基于查表法的NCO 原理图
图2 中,32 位累加器由一个32 位的加法器和一个32 位寄存器组成,在时钟的作用下,加法器通过寄存器将输出数据送入
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weixin_38732315
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