實(shí)時(shí)頻譜分析儀中的寬帶數(shù)字中頻技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展使得電磁頻譜的檢測(cè)管理越來越重要。具有寬帶信號(hào)采樣、深存儲(chǔ)捕獲、實(shí)時(shí)寬帶譜分析、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)的實(shí)時(shí)頻譜分析儀對(duì)頻譜監(jiān)測(cè)工作提供了有力的保障。建立實(shí)時(shí)頻譜分析儀中的寬帶數(shù)字中頻系統(tǒng)將為我國寬帶信號(hào)的頻譜分析儀的研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。本文主要討論了寬帶數(shù)字中頻系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
　　首先從闡述全數(shù)字中頻處理技術(shù)的基礎(chǔ)理論入手，本文對(duì)信號(hào)采樣理論、數(shù)字下變頻理論、采樣率變換理論、快

2、速傅里葉變換理論進(jìn)行分析和探討。在此基礎(chǔ)上結(jié)合寬帶數(shù)字中頻系統(tǒng)的應(yīng)用需求，提出了適合于FPGA實(shí)現(xiàn)的寬帶數(shù)字中頻系統(tǒng)處理方案:首先采用帶通采樣定理對(duì)模擬中頻信號(hào)進(jìn)行采樣，接著采用數(shù)字下變頻將中頻信號(hào)移至零頻，又在保證有效信號(hào)不失真的前提下，對(duì)高速率的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取濾波處理，得到低速率基帶信號(hào)，在此基礎(chǔ)上完成后續(xù)的FFT處理，提取所需的頻譜信息，實(shí)現(xiàn)整個(gè)頻譜儀的頻譜測(cè)量功能。
　　接著本文論述了FPGA中各模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括數(shù)字下

3、變頻模塊、采樣率轉(zhuǎn)換模塊和快速傅里葉變換模塊。數(shù)字下變頻模塊中，結(jié)合具體的采樣頻率、中頻頻率，在數(shù)字混頻理論的基礎(chǔ)上提出了一種免去硬件乘法的定點(diǎn)混頻算法。同時(shí)利用混頻后結(jié)果的特殊性，設(shè)計(jì)了一種只需普通FIR濾波器四分之一乘法器的低通抽取濾波器，并用FPGA實(shí)現(xiàn)。采樣率轉(zhuǎn)換模塊中，結(jié)合Sinc插值算法理論，提出了一種1～2倍抽取濾波器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的小數(shù)倍抽取。同時(shí)在FPGA中利用1～2倍抽取濾波器與半帶濾波器的級(jí)聯(lián)，進(jìn)行任意倍的采樣率

4、轉(zhuǎn)換。快速傅里葉變換模塊中，結(jié)合離散信號(hào)的加窗與分幀原理，先對(duì)信號(hào)進(jìn)行加窗與分幀，然后利用FPGA中的FFT IP核對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換。
　　在此基礎(chǔ)上，本文還論述了寬帶數(shù)字中頻系統(tǒng)中板卡的硬件結(jié)構(gòu)?？傮w介紹了寬帶數(shù)字中頻系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)中的四個(gè)模塊:數(shù)字中頻信號(hào)處理模塊、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、PCIe模塊、DSP模塊，并給出了各個(gè)模塊的原理圖與整個(gè)中頻系統(tǒng)的PCB圖。此外本文還重點(diǎn)重點(diǎn)介紹了數(shù)字中頻信號(hào)處理模塊，說明了該模塊中A