寬帶數(shù)字接收機關(guān)鍵技術(shù)研究及系統(tǒng)實現(xiàn).pdf

1、數(shù)字化技術(shù)的高速發(fā)展使寬帶數(shù)字接收機的研制成為可能，同傳統(tǒng)的模擬接收技術(shù)相比，它具有高分辨率、高可靠性、抗干擾能力強、靈活可變等許多優(yōu)點。寬帶、大動態(tài)范圍、高靈敏度的數(shù)字接收機在數(shù)字陣列雷達、雷達成像、深空探測、反隱身、高概率截獲和寬帶通信中有著廣闊的應(yīng)用前景。在軟件無線電理論中，要求A/D和D/A盡可能靠近天線，數(shù)字化后的信號用通用、開放的硬件平臺或軟件進行處理，寬帶數(shù)字接收機也是實現(xiàn)軟件無線電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，研究高性能的寬帶數(shù)字接

2、收機，對適應(yīng)現(xiàn)代復(fù)雜電磁環(huán)境和各種無線電接收需求都具有十分重要的意義。 寬帶數(shù)字接收機在中頻(或射頻)直接采樣，采樣間隔一般在ns級，不僅對ADC的速度和精度有嚴(yán)格要求，更重要的是對后續(xù)數(shù)字信號處理和整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作帶來了很大的壓力。同時，帶寬越寬，接收機受到的干擾越大，系統(tǒng)的動態(tài)范圍和靈敏度等性能隨之下降。本文圍繞寬帶數(shù)字接收機設(shè)計與實現(xiàn)中的關(guān)鍵問題展開了深入研究。多片ADC并行采集是數(shù)據(jù)采集技術(shù)的研究熱點，為寬帶數(shù)字接收機

3、所需的高速高精度數(shù)據(jù)采集提供了一種解決方案，本文分析了并行采集系統(tǒng)中存在的通道不均衡問題及其影響，提出了相應(yīng)的解決方法，并試制了一套由兩片AD9430拼接的采集系統(tǒng)。在接收機的體系結(jié)構(gòu)上，提出了四種計算量少、并行程度高、資源消耗少的高效接收機結(jié)構(gòu)，并討論了NCO數(shù)據(jù)的實時產(chǎn)生方法和CIC濾波器的改進結(jié)構(gòu)。動態(tài)范圍是接收機的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，本文討論了動態(tài)范圍和靈敏度的折衷關(guān)系，分析了AGC的迭代模型和環(huán)路特性，給出了兩種大動態(tài)接收機設(shè)計方案

4、。信道化是寬帶數(shù)字接收機的另一種實現(xiàn)途徑，本文提出了信道化接收機的WOLA結(jié)構(gòu)和樹形結(jié)構(gòu)；IFM接收機和信道化接收機的結(jié)合，解決了信道化接收機的信道模糊問題和頻率精度低的問題。在系統(tǒng)實現(xiàn)上，設(shè)計了一套通用的接收機硬件平臺，實現(xiàn)了三種不同結(jié)構(gòu)，帶寬分別為30MHz、50MHz和100MHz的數(shù)字接收機，并進行了指標(biāo)測試。 本文的主要創(chuàng)新點： (1)分析了并行采集系統(tǒng)中通道失配誤差對信號頻譜和采集系統(tǒng)性能的影響，提出了基于D

5、FT的頻域誤差測量算法和基于時間統(tǒng)計特性的時域誤差測量算法，采用FARROW結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了誤差的校正和補償，并證明了時間交替并行采集是QMF濾波器組并行采集模型的特殊形式。 (2)對寬帶數(shù)字接收機的下變頻器，提出了混頻后置結(jié)構(gòu)、最小公倍數(shù)結(jié)構(gòu)、二次變頻結(jié)構(gòu)和2倍抽取結(jié)構(gòu)，降低了FPGA實現(xiàn)中DDC的工作速率和資源消耗。采用CORDIC算法實現(xiàn)了NCO數(shù)據(jù)的實時產(chǎn)生，提出了余弦預(yù)濾波、解遞歸和銳化的改進CIC濾波器，可用于參數(shù)捷變數(shù)字

6、接收機的實現(xiàn)。 (3)分析了動態(tài)范圍、靈敏度和射頻增益之間的折衷關(guān)系，給出了四種迭代型AGC模型，并推導(dǎo)了幾種模型的收斂性和收斂條件，在此基礎(chǔ)上提出了兩種實用的大動態(tài)數(shù)字接收機設(shè)計方案。 (4)提出了信道化接收機的WOIA結(jié)構(gòu)和樹形結(jié)構(gòu)，并給出了多相DFT結(jié)構(gòu)在奇型和偶型劃分、臨界和非臨界抽取下的一般性推導(dǎo)過程及相應(yīng)結(jié)構(gòu)；給出了IFM接收機和信道化接收結(jié)合的模型，利用瞬時測頻的優(yōu)點解決了信道化接收機的信道模糊問題和頻率精