论文研究-软件无线电前端数字下变频的FPGA实现 .pdf

软件无线电是一种无线通信技术，它将模拟信号尽可能靠近天线端进行数字化处理。在实践中，直接在射频进行数字化存在技术上的限制，因此软件无线电系统通常采用中频数字化方案，即在射频和基带之间插入一个中频数字处理环节。本文的核心是研究数字下变频技术在软件无线电前端中的FPGA实现，这一技术在射频到中频的转换处理中扮演着关键角色。 数字下变频（Digital Down Converter，DDC）的主要目的是将经过模数转换器（ADC）数字化后输出的高速数字中频信号，通过变频抽取和低通滤波处理后，转换为低速基带信号。这一过程包括三个主要功能模块：变频、采样率变换和低通滤波。通过正交两路信号相乘，实现变频，将数字中频信号与数控振荡器产生的正交本振信号相乘以完成下变频操作。采样率变换的目的是降低数据速率，便于后续信号处理。低通滤波器则滤除无用的谐波分量，提取出有用的信号。 在数字信号处理过程中，使用正弦或余弦信号进行上变频或下变频时，频谱会向两边移动，可能影响到后续的信号处理。而使用复信号（由正交的正弦和余弦信号构成）进行处理，可以避免这种情况，因为频谱只会增加或者减少，不会发生移动。 直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis，DDS）技术是数字下变频实现中的关键。DDS可以提供高精度的正交信号，常用的信号生成方法有两种：数据存储查找表法和旋转坐标法。查找表法利用正余弦的对称性，通过压缩存储表的方法减少资源需求。而旋转坐标法则避免了存储表的使用，但增加了移位寄存器的数量和时延。文中提到的泰勒级数线性插值法是一种改进的查找表法，该方法利用泰勒级数来近似计算正余弦值，以此提高信号的生成精度和效率。 FPGA（现场可编程门阵列）作为实现数字下变频的重要硬件平台，具有可重构性、并行处理能力和高速性能的特点，非常适合于执行此类复杂算法。本文通过modelsim仿真工具给出仿真结果，并且将FPGA应用于具体项目中，验证了算法的可行性与正确性。 在软件无线电系统中，数字下变频技术实现了将高速的中频信号处理变为低速基带信号的需求，这是为了后续更复杂的信号处理，如解调、抗干扰、抗衰落、自适应均衡等。在射频到中频的转换过程中，该技术扮演着至关重要的角色，它不仅优化了信号处理流程，也降低了整体系统成本，提升了系统性能。 本文作者张云飞和沈树群均来自北京邮电大学电子工程学院，他们在文中详细探讨了数字下变频的原理、直接数字频率合成技术以及抽取滤波技术，并通过FPGA的实际应用结果，验证了所研究算法的可行性与正确性，对于软件无线电领域的研究和技术发展具有重要的参考价值。