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Galileo系统是由欧盟主导并有多个国家参与的全球卫星导航定位系统。它具有定位精度高、覆盖面广、服务内容多、全民用等优点。未来的Galileo导航系统用户接收机应能同时接收和处理多种射频信号(如Galileo导航信号、GPS导航信号和3G定位信号等)来实现组合导航,进一步提高定位的覆盖范围和精度。这就对接收机射频前端的灵活性、通用性和可扩展性等性能提出了较高的要求。
接收机射频前端输出的数字信号的数据量较高,软件无线电DDC(数字下变频)系统作为连接前端ADC与后端通用DSP器件之间的桥梁,通过降低数据流的速率,把低速数据送给后端通用DSP器件进行处理,其性能的优劣将对整个软件无线电系统的稳定性产生直接影响。采用专用DDC芯片完成数字下变频,虽然具有抽取比大、性能稳定等优点,但价格昂贵,灵活性不强,不能充分体现软件无线电的优势。FPGA工艺发展迅速,处理能力大大增强,相对于ASIC、DSP来说具有吞吐量高、开发周期短、可实现在线重构等诸多优势。正因为这些优点,使得FPGA在软件无线电的研究和开发中起着越来越重要的作用。
本次设计的目标是在一块FPGA芯片上实现双通道数字下变频系统。主要对软件无线电数字下变频器的FPGA实现方法进行了研究分析,完成了其主要模块的设计和仿真以及初步的系统级及板级验证。
论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FPGA实现数字下变频设计的优势作了阐述。在对软件无线电理论基础、数字信号处理的相关知识深入研究的基础上重点研究软件无线电数字下变频技术。对数字下变频的NCO、混频、CIC、HB、FIR模块的实现方法进行深入研究,从数字下变频的系统层次上考虑了各模块彼此间的性能制约,从而选择合理配置、优化系统结构以获得模块间的性能均衡和系统性能的最优化。最后通过采用基于System Generator的设计方法,完成了数字下变频系统中各个模块以及子模块的建模及Simulink仿真验证。同时在ISE10.1中对System Generator自动生成的寄存器级代码进行了仿真验证,并在ML506开发板上进行了板级验证。结果对比表明,数字下变频的实现方案可行。