【正文】 但是，當(dāng) 信號(hào) 采樣率 fs 比信號(hào)帶寬 B 大 很 多時(shí) ,要設(shè)計(jì)一個(gè) 比較 精確的 FIR 濾波器是 挺 困難的。 并且， 此濾波器的 通 頻帶為 D/ ?? ? ， 經(jīng)過(guò)這樣限制 信號(hào) 頻帶后， 再 抽取，就不會(huì)產(chǎn)生混疊失真現(xiàn)象了。 抽取器Dx ( n )fsxd ( n )fs ’ = fs / D 圖 31抽取器原理框圖 一般來(lái)說(shuō)，如果原序列的抽樣頻率 sf 滿(mǎn)足奈奎斯特抽樣定理，即 hs ff 2? ， 就 不會(huì)產(chǎn)生頻率響應(yīng)的混疊失真。 使 后 面 的濾波器設(shè)計(jì)難度增加，運(yùn)算量 也會(huì) 加大。 經(jīng)過(guò)上述分析，本設(shè)計(jì)中采用的采樣率轉(zhuǎn)換的原理框圖如圖 21 所示。 因此，從 現(xiàn)階段硬件的處理速度 來(lái)看， 還不太 可 能 出色 的實(shí)現(xiàn)。 ① 多速率處理系統(tǒng)中的濾波器都使用 FIR 濾波器， 結(jié)合抽取器或內(nèi)插器來(lái)實(shí)現(xiàn)采樣率的轉(zhuǎn)換 。其他波形 要 通過(guò)這些基本波形來(lái)產(chǎn)生。 將 正弦波形的抽樣值存放在 ROM 中， 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 5 通過(guò)一個(gè) DAC 周期地進(jìn)行輸出從而產(chǎn)生輸出波形。此外， DDS 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 比較 簡(jiǎn)單 ，并且 易于實(shí)現(xiàn)。 PLL 采用的是 跟蹤參考頻率的反饋機(jī)制，它由一個(gè)壓控振蕩器（ VCO）、一個(gè)相位檢測(cè)器、多個(gè)分頻器和一個(gè)環(huán)路濾波器組成[8]。 DAS將不同晶體的頻率進(jìn)行混頻并 /或利用它們的諧波來(lái)產(chǎn)生各種頻率。利用 FPGA 能輸出較高質(zhì)量的信號(hào)，雖然達(dá)不到專(zhuān)用 DDS 芯片的水平，但信號(hào)精度誤差非常小，能滿(mǎn)足大多數(shù)信號(hào)源要求 [7]。 第五章進(jìn)行系統(tǒng) 驗(yàn)證 ， 給出了 DDS 正弦波產(chǎn)生模塊、 CIC 抽取模塊， HB 抽取模塊和系統(tǒng)級(jí)性能仿真。 第二章 詳細(xì)闡述信號(hào)抽取原理 和高效濾波 器原理 ，為設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。 主要涉及的關(guān)鍵技術(shù)： ① 正弦信號(hào)發(fā)生器的相關(guān)理論和 FPGA 實(shí)現(xiàn)方法 ② 信號(hào)的抽取理論 ③ 抽取濾波器的設(shè)計(jì)。 在本設(shè)計(jì)中，要實(shí)現(xiàn) 的是 采樣率的降低 ，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中 只 需要考慮抽取前濾波器的設(shè)計(jì)。 減小抽樣率的過(guò)程稱(chēng)為信號(hào)的“抽取”，也稱(chēng)“抽樣率壓縮”；增加抽樣率的過(guò)程稱(chēng)為信號(hào)的“插值”，也稱(chēng)“抽樣率擴(kuò)張” [4]。一種 方法 ,是先把離散時(shí)間信號(hào) (序列 ) )(nx 經(jīng)過(guò) D/A 變換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào) )(txa ，再 經(jīng) A/D 變換器對(duì) )(txa 以另一個(gè) 采 樣率抽樣 。 多速率信號(hào)處理 作為 軟件無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng) 中 的基礎(chǔ)理論， 有 著 舉足輕重的地位 。 多速率信號(hào)處理和實(shí)現(xiàn) 方法 多速率信號(hào)處理 在很多情況下，抽樣率 sf 是固定值， 即 系統(tǒng)采用一個(gè)固定的抽樣頻率。 在多標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字通信接收機(jī)系統(tǒng)中，進(jìn)行 采樣率轉(zhuǎn)換的目地是為了將天線(xiàn)上接收到的、經(jīng) ADC采樣頻率數(shù)字化的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以方便在現(xiàn)有的 DSP處理器上進(jìn)行處理 [3]。多速率信號(hào)處理 產(chǎn)生于 20 世紀(jì) 70 年代 [2]，具有重要的理論 價(jià)值 和工程價(jià)值。 隨著數(shù)字信號(hào)處理的 不斷 發(fā)展， 對(duì) 信號(hào)的處理 和 存儲(chǔ)、 編碼 和 傳輸?shù)?的 工作量越來(lái)越大。 最后 在 Matlab 和 ISE 軟件中分別對(duì)總體方案進(jìn)行 simulink 仿真和 ModelSim仿真， 實(shí)現(xiàn) 對(duì) 測(cè)試信號(hào) 進(jìn)行 8 倍 的 抽取，輸出采樣率為 20MHz、頻率仍是 2MHz 的無(wú)失真正弦波。 合理的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)采樣率轉(zhuǎn)換 系統(tǒng) ，是目前軟件無(wú)線(xiàn)電領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。 利用該技術(shù)處理 不 同標(biāo)準(zhǔn)和速率的信號(hào)，使其能夠在同一個(gè)硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)不同速率的信號(hào)傳輸 。 多速率處理模塊利用 Matlab 和 ISE 軟件 ， 完成了 多速率處理模塊中 CIC 抽取 濾波器和 HB 抽取濾波器 的詳細(xì)設(shè)計(jì)， 并對(duì)各個(gè)濾波器的功能進(jìn)行仿真 。 HB filter , Field Programmable Gate Array(FPGA) 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 III 目 錄 第 1 章 緒 論 ................................................................................................................ 1 選題的背景及目的意義 ...................................................................................... 1 課題研究背景 ............................................................................................. 1 課題研究的目的及意義 ............................................................................ 1 多速率信號(hào)處理和實(shí)現(xiàn)方法 ............................................................................. 2 多速率信號(hào)處理 ......................................................................................... 2 多速率信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)方法 ......................................................................... 2 設(shè)計(jì)指標(biāo)和關(guān)鍵技術(shù) ......................................................................................... 3 本文主要內(nèi)容 ..................................................................................................... 3 第 2 章 方案論證 ............................................................................................................ 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 ..................................................................................................... 4 系統(tǒng)方案論證 ..................................................................................................... 4 正弦波發(fā)生器模塊 .................................................................................... 4 多速率處理模塊 ........................................................................................ 5 第 3 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)原理 ............................................................................................ 6 信號(hào)抽取原理 ..................................................................................................... 6 高效濾波器 ......................................................................................................... 7 CIC 濾波器 .................................................................................................. 7 單級(jí) CIC........................................................................................... 8 多級(jí) CIC......................................................................................... 10 HB 濾波器 ................................................................................................. 12 FIR 濾波器 ................................................................................................ 14 FIR 濾波器原理 ............................................................................... 14 FIR 的 FPGA 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) ................................................................ 15 直接數(shù)字合成（ DDS）技術(shù) ............................................................................... 16 第 4 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和核心模塊設(shè)計(jì) ..................................................................... 18 多速率系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì) ............................................................................... 18 多速率系統(tǒng)總結(jié)構(gòu) .................................................................................. 18 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 IV 參數(shù)計(jì)算 ................................................................................................... 18 核心模塊設(shè)計(jì) ................................................................................................... 19 DDS 模塊設(shè)計(jì) .......................................................................................... 19 CIC 濾波器設(shè)計(jì) ........................................................................................ 21 積分模塊 ....................................................................................... 21 抽取模塊 ....................................................................................... 22 梳狀模塊 ....................................................................................... 23 CIC 參數(shù)計(jì)算 ................................................................................ 23 HB 濾波器設(shè)計(jì) ......................................................................................... 25 第 5章 系統(tǒng) FPGA 硬件代碼設(shè)計(jì)和仿真 ................................................................. 29 測(cè)