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）设计与仿真
的
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 ........................................................................................ 6
2.1 数字下变频器 .................................................................................................................... 6
2.1.1 数字变频的基本原理与结构 ................................................................................. 6 2.1.2影响数字变频器性能的主要因素 .......................................................................... 6 2.2 数字信号采样理论 ............................................................................................................ 7
2.2.1低通信号采样理论 .................................................................................................. 7 2.2.2 带通信号采样理论 ................................................................................................. 7 2.3 数字正交检波 .................................................................................................................... 8
2.3.1 低通滤波法 ............................................................................................................. 9 2.3.2 多相滤波结构变换法 ........................................................................................... 10 2.4 多抽样率数字信号处理理论 .......................................................................................... 11
2.4.1 整数倍抽取和内插 ............................................................................................... 11 2.4.2 多抽样率系统的恒等变换 ................................................................................... 14 2.4.3 多相滤波结构 ....................................................................................................... 14 2.5 相关算法介绍 .................................................................................................................. 16
2.5.1 CORDIC算法 ........................................................................................................ 16 2.5.2 FIR滤波器 ............................................................................................................ 18 2.6 本章小结 .......................................................................................................................... 19 第三章 数字下变频（DDC）各模块设计 .................................................................................. 20
3.1 数字下变频的基本实现方案 .......................................................................................... 20 3.2 基于DDS的数控振荡器的设计 .................................................................................... 20
3.2.1 混频器模块设计 ................................................................................................... 20 3.2.2DDS的特点 ............................................................................................................ 22 3.3抽取滤波 ........................................................................................................................... 23 3.4 本章小结 .......................................................................................................................... 25 第四章 数字下变频器设计验证和逻辑综合 ............................................................................... 26
4.1基于DDS的数控振荡器的仿真和验证 ......................................................................... 26 4.2 FIR滤波器的仿真和验证................................................................................................ 27 4.3 抽取模块仿真验证 .......................................................................................................... 28 4.4 DDC整体的仿真和验证 .............................................................................................. 29
4.4.1 MATLAB与modelsim仿真 ................................................................................ 29 4.4.2 FPGA综合报告 .................................................................................................... 31 4.5 本章小结 .......................................................................................................................... 31 第五章 总结与展望 ....................................................................................................................... 32 参考文献......................................................................................................................................... 34
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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
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