文档介绍：MIMO系统中射频处理部分的研究与实现
摘要:传统的无线电发射机大多依赖于硬件,但硬件部分操作实现比较麻烦,而且性能难以做到很好,现代技术一般用软件来研究实现MIMO系统中的射频处理部分。本设计以FPGA器件为核心,运用直接数字频率合成技术,即DDS产生信号,用以实现数字基带处理和数字上变频,其电路系统具有较高的频率分辨率,可以实现快速的频率切换,并且在改变时能够保持相位的连续,很容易实现频率、相位和幅度的数控调整。本设计还着重探讨了具有数字调制功能的AM,FM,DSB,ASK,FSK,PSK,QPSK等基带处理,给出了一种具体的设计方法。
关键词:FPGA DDS AM FM QPSK 数字上变频
目录
1 引言 1
2  软件无线电发射机的基本体系结构 1
3 基于FPGA的数字基带处理部分 2
2
正弦信号的产生 2
FM信号的产生 3
DSB信号的产生 3
AM信号的产生 4
ASK信号的产生 4
FSK信号的产生 5
PSK与QPSK信号的产生 5
6
移位寄存器的设计 6
正弦信号发生器的设计 6
FM信号发生器的设计 8
DSB信号发生器的设计 9
AM信号发生器的设计 9
ASK信号发生器的设计 10
FSK信号发生器的设计 11
PSK与DPSK信号发生器的设计 11
QPSK与QDPSK信号发生器的设计 15
19
正弦信号部分 19
FM信号部分 20
DSB信号部分 20
AM信号部分 21
ASK信号部分 21
FSK信号部分 22
PSK信号部分 22
DPSK信号部分 23
QPSK与QDPSK信号部分 24
4 数字上变频 25
5 CIC低通滤波器 25
CIC单级滤波器的原理 25
CIC低通滤波器的实现及仿真 28
6总结 29
参考文献: 30
1 引言
随着近年来软件无线电理论和应用趋于成熟与完善,软件无线电已经被广泛地应用于雷达通信及各种军用和民用的无线通信系统中,而其中软件无线电射频处理部分的研究也越来越受到重视。本设计所用到的基带处理技术——直接数字频率合(direct digital frequency synthesizer,DDS),是一种新型的频率合成技术,具有较高的频率分辨率,可实现快速的频率切换,并且在频率变化时能够保持连续相位,很容易实现频率、相位和幅度的数控调制。目前各大芯片制造商相继推出采用先进的CMOS工艺生产出的高性能的、多功能的DDS芯片川,如AD公司的AD985x系列。采用FPGA设计的DDS,频率、相位设置更为方便灵活。
笔者着重研究讨论了直接数字频率合成正弦、调频、调幅,ASK,FSK,PSK,QPSK,QDPSK等基带处理原理,并给出了设计框图和主要的程序代码。
2  软件无线电发射机的基本体系结构
理想的软件无线电是多频段、多模式、开放式体系结构,其无线功能通过加载软件来实现,从而提供多种无线电通信业务。软件无线电发射机是软件无线电两大组成部分之一, 它的主要功能是把需要发射或传输的信息( 话音、数据和图像) 经基带处理( 完成诸如FM、AM、FSK、PSK、MSK、QAM等调制) 和上变频, 调制到规定的载频( 中心频率) fc 上, 通过数/ 模变换与滤波( 目前一般还需加上一级模拟上变频器) , 经过功率放大后送至天线, 把电信号转换为无线电信号, 经空间传播或经其它传输介质( 如电缆、光缆等) 送到接收方的接收机。软件无线电发射机的基本组成如图1 所示。
数字基带调制
数字上变频
宽带DA
天线或其它放大介质
在FPGA中实现
CIC低通滤波器
图1 软件无线电发射机的基本组成
软件无线电发射机中的数字基带调制是以FPGA为平台,运用DDS技术产生的正弦信号为载波进行的调制,是本文着重介绍的部分。之后也以CIC滤波器讨论了低通滤波器的实现。
3 基于FPGA的数字基带处理部分
正弦信号的产生
正弦信号的相位与频率有如下关系:
两边对t取微分,得
以差分近似上式,则有
可以看到,当一定时,一个频率对应一个相位增量,即对应一个相位控制字(或称为频率控制字)m。从而可得正弦