基于FPGA的DDC(数字下变频)设计与实现

基于FPGA的DDC(数字下变频)设计与实现

微系统设计、测试与控制

课程大作业之

基于FPGA的DDC（数字下变频）

的设计与仿真

摘要 (1)

ABSTRACT (2)

第一章绪论 (3)

1.1 数字下变频（DDC）研究背景 (3)

1.2 DDC概述 (4)

1.3 本文研究内容和结构安排 (5)

第二章数字下变频（DDC）基础理论 (7)

2.1 数字下变频器 (7)

2.1.1 数字变频的基本原理与结构 (7)

2.1.2影响数字变频器性能的主要因素7

2.2 数字信号采样理论 (8)

2.2.1低通信号采样理论 (8)

2.2.2 带通信号采样理论 (9)

2.3 数字正交检波 (10)

2.3.1 低通滤波法 (10)

2.3.2 多相滤波结构变换法 (11)

2.4 多抽样率数字信号处理理论 (13)

2.4.1 整数倍抽取和内插 (13)

2.4.2 多抽样率系统的恒等变换 (16)

2.4.3 多相滤波结构 (17)

2.5 相关算法介绍 (19)

2.5.1 CORDIC算法 (19)

2.5.2 FIR滤波器 (21)

2.6 本章小结 (22)

第三章数字下变频（DDC）各模块设计 (23)

3.1 数字下变频的基本实现方案 (23)

3.2 基于DDS的数控振荡器的设计 (23)

3.2.1 混频器模块设计 (23)

3.2.2 DDS的特点 (25)

3.3抽取滤波 (27)

3.4 本章小结 (29)

第四章数字下变频器设计验证和逻辑综合 (30)

4.1基于DDS的数控振荡器的仿真和验证30

4.2 FIR滤波器的仿真和验证 (32)

4.3 抽取模块仿真验证 (33)

4.4 DDC整体的仿真和验证 (33)

4.4.1 MATLAB与modelsim仿真 (34)

4.4.2 FPGA综合报告 (35)

4.5 本章小结 (36)

第五章总结与展望 (37)

参考文献 (39)

摘要

数字下变频(Digital Down Convert—DDC)是将中频信号下变频至零频，且使信号速率降至适宜通用DSP器件处理速率的技术。实现这种功能的数字下变频器是软件无线电的核心部分。

本文首先对软件无线电数字下变频的国内外现状进行了分析，然后对于FPGA实现数字下变频设计的优势作了阐述。基于本论文在FPGA中实现的结构，结合软件无线电理论基础讨论了DDC的工作原理，给出数字下变频器的常用结构，然后设定整体系统方案，并按功能完成模块划分和接口定义，主要分为混频器、FIR低通滤波器及抽取。通过使用Verilog和调用部分IP核相结合的方法完成多通道DDC各个模块的设计与仿真调试，通过Matlab对各模块进行验证，结果表明设计的思想和结构是正确的。

基于FPGA实现的DDC，能充分体现软件无线电系统高的灵活性和宽的适应性，本文所设计的数字下变频系统有一定的通用性。

关键字：软件无线电，数字下变频，FIR滤波器， FPGA

ABSTRACT

Digital Down Convert(DDC) converts digitized IF data into filtered based and data which call be processed by a standard DSP microprocessor．DDC is a core part of a Software Radio system．

In this paper, the DDC’S current technology at home and abroad was analyzed, and then the advantages of using FPGA to complete the design of DDC were described．This paper is based on the structure implemented in FPGA, combined with the software radio theoretical to discuss the DDC’s works, and then gives the structure of common digital down converter, and then set the whole system solutions, and then complete the module division and functional interface definition, mainly divided into mixer, FIR low-pass filter and decimation. By using Verilog and part of IP core to complete the design and simulation of multi-channel DDC commissioning of each module, validated by MATLAB for each module, the results indicate that the design and structure of thinking is correct.

The DDC based on the FPGA can show adequately the great flexible and broad adaptability of software radio．The DDC system in this paper has definite generality．

Keywords: Digital down converter, Direct digital synthesis, FIR filter, FPGA