軟件無線電(SDR,Software Defined Radio)由于具備傳統無線電技術無可比擬的優越性,已成為業界公認的現代無線電通信技術的發展方向。理想的軟件無線電系統強調體系結構的開放性和可編程性,減少靈活性著的硬件電路,把數字化處理(ADC和DAC)盡可能靠近天線,通過軟件的更新改變硬件的配置、結構和功能。目前,直接對射頻(RF)進行采樣的技術尚未實現普及的產品化,而用數字變頻器在中頻進行數字化是普遍采用的方法,其主要思想是,數字混頻器用離散化的單頻本振信號與輸入采樣信號在乘法器中相乘,再經插值或抽取濾波,其結果是,輸入信號頻譜搬移到所需頻帶,數據速率也相應改變,以供后續模塊做進一步處理。數字變頻器在發射設備和接收設備中分別稱為數字上變頻器(DUC,Digital Upper Converter)和數字下變頻器(DDC,Digital Down Converter),它們是軟件無線電通信設備的關鍵部什。大規模可編程邏輯器件的應用為現代通信系統的設計帶來極大的靈活性。基于FPGA的數字變頻器設計是深受廣大設計人員歡迎的設計手段。本文的重點研究是數字下變頻器(DDC),然而將它與數字上變頻器(DUC)完全割裂后進行研究顯然是不妥的,因此,本文對數字上變頻器也作適當介紹。 第一章簡要闡述了軟件無線電及數字下變頻的基本概念,介紹了研究背景及所完成的主要研究工作。 第二章介紹了數控振蕩器(NCO),介紹了兩種實現方法,即基于查找表和基于CORDIC算法的實現。對CORDIc算法作了重點介紹,給出了傳統算法和改進算法,并對基于傳統CORDIC算法的NCO的FPGA實現進行了EDA仿真。 第三章介紹了變速率采樣技術,重點介紹了軟件無線電中廣泛采用的級聯積分梳狀濾波器 (cascaded integratot comb, CIC)和ISOP(Interpolated Second Order Polynomial)補償法,對前者進行了基于Matlab的理論仿真和FPGA實現的EDA仿真,后者只進行了基于Matlab的理論仿真。 第四章介紹了分布式算法和軟件無線電中廣泛采用的半帶(half-band,HB)濾波器,對基于分布式算法的半帶濾波器的FPGA實現進行了EDA仿真,最后簡要介紹了FIR的多相結構。 第五章對數字下變頻器系統進行了噪聲綜合分析,給出了一個噪聲模型。 第六章介紹了數字下變頻器在短波電臺中頻數字化應用中的一個實例,給出了測試結果,重點介紹了下變頻器的:FPGA實現,其對應的VHDL程序收錄在本文最后的附錄中,希望對從事該領域設計的技術人員具有一定參考價值。
SystemView的庫資源十分豐富,包括含若干圖標的基本庫(Main Library)及專業庫(Optional Library),基本庫中包括多種信號源、接收器、加法器、乘法器,各種函數運算器等;專業庫有通訊(Communication)、邏輯(Logic)、數字信號處理(DSP)、射頻/模擬(RF/Analog)等;它們特別適合于現代通信系統的設計、仿真和方案論證,尤其適合于無線電話、無繩電話、尋呼機、調制解調器、衛星通訊等通信系統;并可進行各種系統時域和頻域分析、譜分析,及對各種邏輯電路、射頻/模擬電路(混合器、放大器、RLC電路、運放電路等)進行理論分析和失真分析。 System View能自動執行系統連接檢查,給出連接錯誤信息或尚懸空的待連接端信息,通知用戶連接出錯并通過顯示指出出錯的圖標。這個特點對用戶系統的診斷是十分有效的。 System View的另一重要特點是它可以從各種不同角度、以不同方式,按要求設計多種濾波器,并可自動完成濾波器各指標—如幅頻特性(伯特圖)、傳遞函數、根軌跡圖等之間的轉換。 在系統設計和仿真分析方面,System View還提供了一個真實而靈活的窗口用以檢查、分析系統波形。在窗口內,可以通過鼠標方便地控制內部數據的圖形放大、縮小、滾動等。另外,分析窗中還帶有一個功能強大的“接收計算器”,可以完成對仿真運行結果的各種運算、譜分析、濾波。 System View還具有與外部文件的接口,可直接獲得并處理輸入/輸出數據。提供了與編程語言VC++或仿真工具Matlab的接口,可以很方便的調用其函數。還具備與硬件設計的接口:與Xilinx公司的軟件Core Generator配套,可以將System View系統中的部分器件生成下載FPGA芯片所需的數據文件;另外,System View還有與DSP芯片設計的接口,可以將其DSP庫中的部分器件生成DSP芯片編程的C語言源代碼。